CN109226102A - 一种激光清洗用含能涂层及其激光清洗工艺 - Google Patents

一种激光清洗用含能涂层及其激光清洗工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于表面涂层技术领域，特指一种激光清洗用含能涂层及其激光清洗工艺。所述的激光清洗用含能涂层，由丙烯酸环氧树脂、过氧化氢和纳米碳粉颗粒均匀混合而成。激光清洗工艺，包括以下步骤：步骤一，在工件的待清洗表面上均匀涂覆一层含能涂层；步骤二，对含能涂层在烘炉中进行烘干硬化；步骤三，脉冲激光束辐照在含能涂层表面，对整个工件表面进行激光清洗，其特征在于：含能涂层涂覆在工件的表面上后，附着在锈蚀层的表面；含能涂层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锈蚀层破裂并与含能涂层一起从工件的表面飞离，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

一种激光清洗用含能涂层及其激光清洗工艺
技术领域
本发明属于表面涂层技术领域，具体涉及一种激光清洗用含能涂层及其激光清洗工艺。
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激光清洗用含能涂层及其激光清洗工艺，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：
本发明的一种激光清洗工艺，主要包括以下步骤：步骤一，在工件的待清洗表面上均匀涂覆一层含能涂层；步骤二，对含能涂层在烘炉中进行烘干硬化；步骤三，脉冲激光束辐照在含能涂层表面，对整个工件表面进行激光清洗，其特征在于：含能涂层涂覆在工件的表面上后，附着在锈蚀层的表面；含能涂层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锈蚀层破裂并与含能涂层一起从工件的表面飞离，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。
所述含能涂层的厚度为10～20μm。
所述烘干硬化的温度为70～80℃。
所述的激光清洗用含能涂层，由丙烯酸环氧树脂、过氧化氢和纳米碳粉颗粒均匀混合而成，其中丙烯酸环氧树脂的体积含量为35～40％，过氧化氢的体积含量为30～35％，纳米碳粉颗粒的体积含量为25～30％。
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：含能涂层在脉冲激光的瞬时热力作用下，过氧化氢和纳米碳粉颗粒剧烈燃烧，发生爆炸，爆炸形成的冲击波使锈蚀层开裂并从工件的表面飞离，含能材料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。丙烯酸环氧树脂具有极佳的粘性，可以很好的附着在锈蚀层表面；由丙烯酸环氧树脂、过氧化氢和纳米碳颗粒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，此外，含能辅助涂层配方可以保证在常规操作中并不会产生燃烧及爆炸等安全事故；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激光清洗用含能涂层及其激光清洗工艺进行详细说明。
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经聚焦后到达含能材料2的上表面时光斑直径为50μm。
具体步骤如下：第一步，将体积含量为38％的丙烯酸环氧树脂、体积含量为33％的过氧化氢和体积含量为29％的纳米碳粉颗粒均匀混合，并均匀涂敷在锈蚀层3的表面，形成厚度为10μm的含能涂层2；第二步，对含能涂层2在烘炉中以70～80℃的温度进行烘干硬化；第三步，采用脉宽为120ns，频率为100KHz，功率密度为5×106GW/cm2脉冲激光束1辐照在含能涂层2表面，激光光斑扫描速度为20m/min，清洗整个工件4表面。
与未采用含能涂层时相比，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2.4m2/h。

Claims (6)

1.一种激光清洗用含能涂层，其特征在于：由丙烯酸环氧树脂、过氧化氢和纳米碳粉颗粒均匀混合而成，其中丙烯酸环氧树脂的体积含量为35～40％，过氧化氢的体积含量为30～35％，纳米碳粉颗粒的体积含量为25～30％。
2.采用如权利要求1所述的激光清洗用含能涂层对钢制品表面锈蚀层进行清除的方法，主要包括以下步骤：步骤一，在工件的待清洗表面上均匀涂覆一层含能涂层；步骤二，对含能涂层在烘炉中进行烘干硬化；步骤三，脉冲激光束辐照在含能涂层表面，对整个工件表面进行激光清洗，其特征在于：含能涂层涂覆在工件的表面上后，附着在锈蚀层的表面；含能涂层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锈蚀层破裂并与含能涂层一起从工件的表面飞离，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。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述含能涂层的厚度为10～20μm。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述烘干硬化的温度为70～80℃。
5.如权利要求2所述的方法，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2所述的方法，其特征在于：所述的锈蚀层的厚度为500～3000μm。
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