CN107914079A - 一种新型激光处理的防腐增强型铝镁合金制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型激光处理的防腐增强型铝镁合金制备方法，包括如下步骤：(1)将铝镁合金片置于无水乙醇中超声处理8～12min，取出后用去离子水清洗并用滤纸吸干，去除油污和杂质；(2)用脉冲光纤激光烧蚀，得到具有网格结构的铝镁合金片；(3)将铝镁合金片置于硬脂酸溶液或乙醇溶液中作疏水化处理；(4)取出铝镁合金片，置于室内自然风干。通过非接触式激光处理，工序简单，表面防腐效果可调，无二次污染，防腐增强性能的效果好。

Description

一种新型激光处理的防腐增强型铝镁合金制备方法
技术领域
本发明涉及一种新型激光处理的防腐增强型铝镁合金制备方法。
背景技术
腐蚀在人们生产实践和生活中是一种经常见到的现象，每时每刻都在发生。日常用的刀、工具；工厂里的设备、管道；火车、轮船等交通工具，使用一段时间后，都会出现涂层脱落，生锈等现象。腐蚀给人类造成的危害甚至超过风灾，火灾等各种自然灾害。有资料显示，因腐蚀造成的损失，最低可占国民生产总值的1.25％。铝镁合金作为在一种在航空航天等领域广泛应用的材料，以质坚量轻、密度低、散热性好、抗压性强等特点著称。鉴于铝镁合金在各领域的广泛应用，有效提升其防腐性能，在节约资源、延长使用寿命等方面起着至关重要的作用。
目前，除了传统使用防腐涂料、表面镀层、表面钝化和油脂防腐等方法外，增加金属表面与液体之间的接触角度，使其具有超疏水性能，大大降低了固液面之间的接触面积，使得腐蚀性液体难以接触金属表面本身，亦能够提高了耐腐蚀性。
现在超疏水表面主要通过两步法来制备，即首先通过化学刻蚀、阳极氧化、电化学沉积、化学气相沉积、氧化-脱水等方法制备具有一定表面粗糙度的表面微纳结构；然后使用低表面能材料如氟硅烷、脂肪酸等物质进行表面修饰。尽管超疏水表面已经通过以上方法被制备出来，但以上方法也存在诸多局限性，如耗时长、制备程序繁琐、材料昂贵、使用的化学药品有毒等。固体表面的粗糙结构对材料的超疏水性能非常重要，但超疏水表面上制得的粗糙结构一般比较脆弱，容易在使用过程中受冲击、摩擦等机械作用或因加工受机械作用而遭到破坏。超疏水表面材料的快速制备、降低成本及其材料表面的稳定性是其工业应用的关键。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种新型激光处理的防腐增强型铝镁合金制备方法，解决了上述背景技术中的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型激光处理的防腐增强型铝镁合金制备方法，包括如下步骤：
(1)将铝镁合金片置于无水乙醇中超声处理8～12min，取出后用去离子水清洗并用滤纸吸干，去除油污和杂质；
(2)用脉冲光纤激光烧蚀步骤(1)处理的铝镁合金片的表面，相邻激光扫描线间距为100～400μm，得到具有网格结构的铝镁合金片；所述脉冲光纤激光的激光焦距为328～330mm，照射在铝镁合金片表面的光斑直径为0.04～0.06mm，功率为24～26W，脉冲重复频率为19～21kHz，能量密度为63～64J·cm-2；
(3)将步骤(2)中激光处理后的铝镁合金片置于硬脂酸溶液或乙醇溶液中作疏水化处理，浸泡时间为1.5～2.5h，溶液浓度为1.5～2.5g/L，温度为55～65℃；
(4)取出步骤(3)中铝镁合金片，置于室内自然风干。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤(1)中超声处理时间为10min。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤(2)中具有网格结构的铝镁合金片，其网格为边长100～400μm的正方形。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤(2)中相邻激光扫描线间距为300μm，得到具有网格结构的铝镁合金片，所述铝镁合金片的网格为边长300μm的正方形。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤(2)中激光焦距为329mm，照射的光斑直径为0.05mm，功率为25W，脉冲重复频率为20kHz，能量密度为63.66J·cm-2。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤(3)中浸泡时间为2h。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤(3)中硬脂酸溶液或乙醇溶液浓度为2g/L。
在本发明一较佳实施例中，所述步骤(3)中温度为60℃。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
1.本发明灵活方便，通过电脑控制激光加工参数，在铝镁合金表面构造微纳米网格结构；且网格的大小、微纳米颗粒的分布情况以及导致的防腐增强具体效果等均可以通过改变参数进行调控。
2.激光处理获得材料表面一定的粗糙度的同时极大地减小了对原有材料的损伤程度，保证材料粗糙结构在使用过程中受冲击、摩擦不易受到破坏。
3.通过激光加工与疏水剂的二步结合，步骤简单，无后污染物，易于大规模应用，后处理步骤简单，激光处理后的铝镁合金片只需经过一步简单的疏水化处理，就能使铝镁合金片具有卓越的超疏水性能，同时带来防腐性能的增强效果，有效避免了传统方法处理时的资源浪费和环境污染。
4.本发明所述工艺简单、耗时短，制备的产品质量高、所需材料价格低廉，防腐效果增强明显。
附图说明
图1a为实施例1制备的铝镁合金片表面形貌SEM图。
图1b为实施例1制备的铝镁合金片接触角示意图。
图2a为实施例1制备的铝镁合金片在稀硫酸中浸泡时的状态图。
图2b为实施例1制备的铝镁合金片在稀硫酸中浸泡后的状态图。
图3为本发明不同激光线间距处理后在稀硫酸中浸泡下接触角随浸泡时间的变化关系图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例具体说明本发明的内容：
实施例1
请查阅图1a-3，本实施例的一种新型激光处理的防腐增强型铝镁合金制备方法，包括如下步骤：
(1)取铝镁合金片，型号为5052，大小规格为20mm*20mm*3mm，将铝镁合金片置于无水乙醇中超声处理10min，取出后用去离子水清洗并用滤纸吸干，去除油污和杂质；
(2)用脉冲光纤激光(波长1064nm，脉冲持续时间100ns的IPG：YLP激光器产生的脉冲光纤激光)烧蚀步骤(1)处理的铝镁合金片的表面，相邻激光扫描线间距为300μm，采用线扫描方式，得到具有一定排列规则网格结构的铝镁合金片，所述铝镁合金片的网格为边长300μm的正方形；所述脉冲光纤激光的激光焦距为329mm，照射在铝镁合金片表面的光斑直径为0.05mm，功率为25W，脉冲重复频率为20kHz，能量密度为63.66J·cm-2；
(3)将步骤(2)中激光处理后的铝镁合金片置于硬脂酸溶液或乙醇溶液中作疏水化处理，浸泡时间为2h，溶液浓度为2g/L，温度为60℃；
(4)取出步骤(3)中铝镁合金片，置于室内自然风干。
请查阅图2a，上述步骤处理后的铝镁合金片在稀硫酸中浸泡时，激光处理的区域由于大量微纳米结构的存在，形成大量气泡，大大减少了稀硫酸与铝镁合金片表面的接触面积；再请查阅图2b，浸泡后的铝镁合金片，表面为呈现被腐蚀状况，耐腐蚀性能良好。
实施例2
本实施例的一种新型激光处理的防腐增强型铝镁合金制备方法，包括如下步骤：
(1)取铝镁合金片，型号为5052，大小规格为20mm*20mm*3mm，将铝镁合金片置于无水乙醇中超声处理12min，取出后用去离子水清洗并用滤纸吸干，去除油污和杂质；
(2)用脉冲光纤激光(波长1064nm，脉冲持续时间100ns的IPG：YLP激光器产生的脉冲光纤激光)烧蚀步骤(1)处理的铝镁合金片的表面，相邻激光扫描线间距为100μm，得到具有一定排列规则网格结构的铝镁合金片，所述铝镁合金片的网格为边长100μm的正方形；所述脉冲光纤激光的激光焦距为330mm，照射在铝镁合金片表面的光斑直径为0.04mm，功率为24W，脉冲重复频率为21kHz，能量密度为63J·cm-2；
(3)将步骤(2)中激光处理后的铝镁合金片置于硬脂酸溶液或乙醇溶液中作疏水化处理，浸泡时间为2.5h，溶液浓度为2.5g/L，温度为55℃；
(4)取出步骤(3)中铝镁合金片，置于室内自然风干。
实施例2
本实施例的一种新型激光处理的防腐增强型铝镁合金制备方法，包括如下步骤：
(1)取铝镁合金片，型号为5052，大小规格为20mm*20mm*3mm，将铝镁合金片置于无水乙醇中超声处理8min，取出后用去离子水清洗并用滤纸吸干，去除油污和杂质；
(2)用脉冲光纤激光(波长1064nm，脉冲持续时间100ns的IPG：YLP激光器产生的脉冲光纤激光)烧蚀步骤(1)处理的铝镁合金片的表面，相邻激光扫描线间距为400μm，得到具有一定排列规则网格结构的铝镁合金片，所述铝镁合金片的网格为边长400μm的正方形；所述脉冲光纤激光的激光焦距为328mm，照射在铝镁合金片表面的光斑直径为0.06mm，功率为26W，脉冲重复频率为19kHz，能量密度为64J·cm-2；
(3)将步骤(2)中激光处理后的铝镁合金片置于硬脂酸溶液或乙醇溶液中作疏水化处理，浸泡时间为1.5h，溶液浓度为1.5g/L，温度为65℃；
(4)取出步骤(3)中铝镁合金片，置于室内自然风干。
请查阅图3，相邻激光扫描间距在100-400μm之间，在稀硫酸中浸泡下的30小时内，铝镁合金片表面的接触角始终保持在较大的角度，疏水性能稳定。本发明中，利用激光加工在表面形成一层网格，增加表面粗糙度，而这层网格也成为了金属材料的一本分，并且在环境中不会轻易被擦掉也不会轻易被磨损。而后进行疏水化处理，更大地增加材料的疏水性能。当液体在金属表面时，与材料表面的接触角极大，然后就会在表面滚落，这个过程非常短，只需要不到一分钟的时间。故而液体不会沾粘在材料表面，减少材料与液体间的反应时间，达到防腐的作用。同时，在液体流走的过程中会带走一部分的灰尘颗粒，这样就会给表面起到一个洁净的作用，使铝镁合金片始终焕发光彩，具有美感。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (8)

1.一种新型激光处理的防腐增强型铝镁合金制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将铝镁合金片置于无水乙醇中超声处理8～12min，取出后用去离子水清洗并用滤纸吸干，去除油污和杂质；
(2)用脉冲光纤激光烧蚀步骤(1)处理的铝镁合金片的表面，相邻激光扫描线间距为100～400μm，得到具有网格结构的铝镁合金片；所述脉冲光纤激光的激光焦距为328～330mm，照射在铝镁合金片表面的光斑直径为0.04～0.06mm，功率为24～26W，脉冲重复频率为19～21kHz，能量密度为63～64J·cm-2；
(3)将步骤(2)中激光处理后的铝镁合金片置于硬脂酸溶液或乙醇溶液中作疏水化处理，浸泡时间为1.5～2.5h，溶液浓度为1.5～2.5g/L，温度为55～65℃；
(4)取出步骤(3)中铝镁合金片，置于室内自然风干。
2.根据权利要求1所述的一种新型激光处理的防腐增强型铝镁合金制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中超声处理时间为10min。
3.根据权利要求1所述的一种新型激光处理的防腐增强型铝镁合金制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中具有网格结构的铝镁合金片，其网格为边长100～400μm的正方形。
4.根据权利要求3所述的一种新型激光处理的防腐增强型铝镁合金制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中相邻激光扫描线间距为300μm，得到具有网格结构的铝镁合金片，所述铝镁合金片的网格为边长300μm的正方形。
5.根据权利要求1所述的一种新型激光处理的防腐增强型铝镁合金制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中激光焦距为329mm，照射的光斑直径为0.05mm，功率为25W，脉冲重复频率为20kHz，能量密度为63.66J·cm-2。
6.根据权利要求1所述的一种新型激光处理的防腐增强型铝镁合金制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中浸泡时间为2h。
7.根据权利要求1所述的一种新型激光处理的防腐增强型铝镁合金制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中硬脂酸溶液或乙醇溶液浓度为2g/L。
8.根据权利要求1所述的一种新型激光处理的防腐增强型铝镁合金制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中温度为60℃。
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