CN109226101A - 一种采用水溶性含能涂层的激光清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于表面涂层技术领域，具体涉及一种采用水溶性含能涂层的激光清洗方法。具体步骤如下：工件浸泡在水溶性含能溶液之后，水溶性含能溶液通过毛细作用渗透到锈蚀层内部，工件自然晾干之后，在锈蚀层的表面形成一层厚度为3～5μm的水溶性含能涂层，同时锈蚀层的内部间隙也填充有含能物质；水溶性含能涂层以及渗透到锈蚀层内部间隙的含能物质在脉冲激光束的瞬时热力作用下，发生爆炸，爆炸形成的冲击波使部分锈蚀层破裂并从工件的表面飞离，部分锈蚀层破裂飞离后，脉冲激光束继续作用于剩余部分锈蚀层，从而使工件表面的锈蚀层被彻底清除。

Description

一种采用水溶性含能涂层的激光清洗方法
技术领域
本发明属于表面涂层技术领域，具体涉及一种采用水溶性含能涂层的激光清洗方法。
背景技术
船舶以及钢结构建筑在长时间使用后，会在表面产生重锈蚀层，需要将重锈蚀层去除并重新做防锈防腐处理以延长使用寿命。常用的除锈方法主要有抛丸和水射流清洗，这两种清洗方式由于严重污染环境，已经很难适应国家对环保的要求。激光清洗是一种新型的清洗手段，绿色环保，可以有效去除附着在钢铁制品表面的锈蚀层。当前激光清洗主要采用线扫描的方式来进行除锈，对于锈蚀程度较低的表面，效果良好，然而对于锈蚀程度较严重的表面，很难获得令人满意的去除效果。
发明内容
本发明的目的在于提出一种采用水溶性含能涂层的激光清洗方法，使钢制品表面的重锈蚀层得到有效清除。
为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：
一种激光清洗方法，具体步骤如下：步骤一，将工件浸泡在水溶性含能溶液中；步骤二，将浸泡后的工件置于自然环境下晾干，去除水分；步骤三，采用脉冲激光束辐照在锈蚀层上，对整个工件表面进行激光清洗，其特征在于：工件浸泡在水溶性含能溶液之后，水溶性含能溶液通过毛细作用渗透到锈蚀层内部，工件自然晾干之后，在锈蚀层的表面形成一层厚度为3～5μm的水溶性含能涂层，同时锈蚀层的内部间隙也填充有含能物质；水溶性含能涂层以及渗透到锈蚀层内部间隙的含能物质在脉冲激光束的瞬时热力作用下，发生爆炸，爆炸形成的冲击波使部分锈蚀层破裂并从工件的表面飞离，部分锈蚀层破裂飞离后，脉冲激光束继续作用于剩余部分锈蚀层，从而使工件表面的锈蚀层被彻底清除。
所述将工件浸泡在水溶性含能溶液中的时间为3～5min。
所述将工件置于自然环境下晾干的时间为3～5小时。
所述激光清洗方法的水溶性含能溶液，由双氧水和一甲肼混合而成，水溶性含能溶液中过氧化氢、水和一甲肼的体积比为4：3：3。
所述的脉冲激光束的脉宽范围为10～300ns，波长为1054～1074nm，功率密度范围为106～107GW/cm2。
所述的锈蚀层的厚度为500～3000μm。
本发明的原理是：经过3～5min的浸泡，水溶性含能溶液将会渗透到锈蚀层内部填充含能物质，同时在锈蚀层的表面形成一层厚度为3～5μm的水溶性含能涂层，水溶性含能涂层和含能物质在脉冲激光的瞬时热力作用下，双氧水和一甲肼发生剧烈的氧化反应，产生爆炸，爆炸形成的冲击波使锈蚀层开裂并从工件的表面飞离，水溶性含能涂层的爆炸可以有效去除大部分重锈蚀层，该部分锈蚀层破裂并从工件表面飞离后，脉冲激光束继续作用于仍然附着在工件表面的部分锈蚀层，从而使工件表面的锈蚀层被彻底清除。
本发明具有的有益效果。由双氧水和一甲肼组成的涂层在功率密度为106～107GW/cm2的脉冲激光作用下会产生爆燃效果，产生强烈的爆轰效果，从而有效去除大部分重锈蚀层；水溶性含能溶液将会渗透到锈蚀层内部，在激光作用下会从锈蚀层内部产生爆炸，从而更好地获得除锈效果；在含能辅助涂层爆炸去除大部分重锈蚀层之后，剩余部分的锈蚀层在脉冲激光束的作用下被彻底清除，从而大幅度提高除锈效果和除锈效率。
附图说明
图1是激光清洗用含能涂层及其激光清洗工艺示意图。
图中：1、脉冲激光束；2、水溶性含能涂层；3、锈蚀层；4工件。
具体实施方式
为更好的阐述本发明的实施细节，下面结合附图对本发明的一种采用水溶性含能涂层的激光清洗方法进行详细说明。
具体实施实例：
本实施实例中，工件4为45号钢，锈蚀层3的厚度2mm，采用光纤脉冲激光器，单脉冲能量为5mJ，频率为100KHz，所发出的脉冲激光束1的脉宽为120ns，波长1064nm，脉冲激光束1经聚焦后到达水溶性含能涂层2的上表面时光斑直径为50μm。
具体步骤如下：第一步，将过氧化氢、水和一甲肼按体积比为4：3：3混合成含能溶液；并将工件4在含能溶液中浸泡5分钟；第二步，将工件4置于自然环境下3小时晾干；第三步，采用脉宽为120ns，频率为100KHz，功率密度为5×106GW/cm2脉冲激光辐照在水溶性含能涂层2表面，激光光斑扫描速度为24m/min，清洗整个工件表面。
相同的激光清洗参数下，未采用含能涂层时，激光清洗效率为0.8m2/h，采用含能涂层时，激光清洗效率为3.2m2/h。

Claims (6)

1.一种采用水溶性含能涂层的激光清洗方法，具体步骤如下：步骤一，将工件浸泡在水溶性含能溶液中；步骤二，将浸泡后的工件置于自然环境下晾干，去除水分；步骤三，采用脉冲激光束辐照在锈蚀层上，对整个工件表面进行激光清洗；其特征在于：工件浸泡在水溶性含能溶液之后，水溶性含能溶液通过毛细作用渗透到锈蚀层内部，工件自然晾干之后，在锈蚀层的表面形成一层厚度为3～5μm的水溶性含能涂层，同时锈蚀层的内部间隙也填充有含能物质；水溶性含能涂层以及渗透到锈蚀层内部间隙的含能物质在脉冲激光束的瞬时热力作用下，发生爆炸，爆炸形成的冲击波使部分锈蚀层破裂并从工件的表面飞离，部分锈蚀层破裂飞离后，脉冲激光束继续作用于剩余部分锈蚀层，从而使工件表面的锈蚀层被彻底清除。
2.如权利要求1所述的一种采用水溶性含能涂层的激光清洗方法，其特征在于：所述将工件浸泡在水溶性含能溶液中的时间为3～5min。
3.如权利要求1所述的一种采用水溶性含能涂层的激光清洗方法，其特征在于：所述将工件置于自然环境下晾干的时间为3～5小时。
4.如权利要求1所述的一种采用水溶性含能涂层的激光清洗方法，其特征在于：所述水溶性含能溶液，由双氧水和一甲肼混合而成，水溶性含能溶液中过氧化氢、水和一甲肼的体积比为4：3：3。
5.如权利要求1所述的一种采用水溶性含能涂层的激光清洗方法，其特征在于：所述的脉冲激光束的脉宽范围为10～300ns，波长为1054～1074nm，功率密度范围为106～107GW/cm2。
6.如权利要求1所述的一种采用水溶性含能涂层的激光清洗方法，其特征在于：所述的锈蚀层的厚度为500～3000μm。
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