CN109822220A - 一种基于在工件表面制备微盲孔的激光表面前处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于在工件表面制备微盲孔的激光表面前处理方法，包括以下操作：步骤1，对工件进行清洗，以去除表面污物和氧化层；步骤2，用激光器产生脉冲激光束扫描工件表面，在工件表面制备阵列排布的组合微孔，组合微孔由两个倾斜的微盲孔构成，两个微盲孔的轴线与工件表面的夹角分别为θ和180°‑θ；步骤3，对工件表面涂覆涂层。本发明的有益效果是用脉冲激光在工件表面加工出一系列由倾斜角度的组合微孔，后续的涂覆材料可以渗入到组合微孔内部，在多个方向上阻止涂层材料从工件表面剥离，从而使涂覆材料的界面结合强度大幅度提升，延长涂层的使用寿命。

Description

一种基于在工件表面制备微盲孔的激光表面前处理方法
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，特别涉及一种基于在工件表面制备微盲孔的激光表面前处理方法。
背景技术
为了提高产品的耐磨、耐高温、耐腐蚀涂层与基体的界面结合能力，通常会在涂覆功能涂层之前对基体表面进行毛化，通过改变表面形貌以及粗糙度等从而提高功能涂层与基体的界面结合强度，从而延长功能涂层的使用寿命。当前的人工打磨和机械打磨方法在基体表面获得的毛化效果有限，很难达到涂层越来越高的使用要求。激光表面微织构作为一种新型的表面处理技术，具有无接触、优良的表面织构控制能力等，非常适合作为一种毛化技术来应用于生产。然而，当前激光表面微织构技术对界面结合强度的提升效果仍然有限，需要进一步改善毛化工艺，从而提高涂层与基体之间的界面结合强度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种通在工件表面制备微盲孔的方式来有效提高涂层与基体之间的界面结合强度的激光表面前处理方法。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于在工件表面制备微盲孔的激光表面前处理方法，包括以下步骤：
步骤1，对工件进行清洗，以去除表面污物和氧化层；
步骤2，用激光器产生脉冲激光束扫描工件表面，在工件表面制备阵列排布的组合微孔，组合微孔由两个倾斜的微盲孔构成，两个微盲孔的轴线与工件表面的夹角分别为θ和180°-θ，θ为锐角；
步骤3，对工件表面涂覆涂层。
进一步设置为：
组合微孔满足下列几何条件：
(1)两个微盲孔的激光照射点在同一点位；
(2)两个微盲孔构成的组合微孔呈椭圆形。
或者满足下列几何条件：
(1)两个微盲孔相邻；
(2)两个微盲孔的底部相互贯通。
进一步设置为：所述的组合微孔之间间隔相等，间隔的范围为50～150μm。
进一步设置为：所述的微盲孔的轴线与工件表面的夹角θ范围为50°～70°。
本发明的有益效果是用脉冲激光在工件表面加工出一系列组合微孔，该组合微孔由两个在相同点位、但倾角互补的微盲孔构成，后续的涂覆材料可以渗入到微盲孔内部，由于异形微盲孔具有对称的倾斜角度，可以在多个方向上阻止涂层材料从工件表面剥离，从而使涂覆材料的界面结合强度大幅度提升，延长涂层的使用寿命；另外，该组合微孔还可以由两个倾角互补且底部贯穿的微盲孔构成，，由于组合微孔底部贯，涂层材料无法从微孔内脱落，可以在多个方向上阻止涂层材料从工件表面剥离，从而使涂覆材料的界面结合强度大幅度提升，延长涂层的使用寿命；此外，由于构成组合微孔的两个倾斜微盲孔底部相互贯通，在涂覆涂层过程中有利于微孔内空气从孔内排出，降低涂层材料的孔隙率；所述方法工艺简单、操作方便、效率高、绿色环保，且工艺参数容易控制，易于实现工业应用。
附图说明
图1为实施例一的激光照射示意图；
图2为实施例一的组合微孔的示意图；
图3为实施例一的涂层覆涂的示意图；
图4为实施例二的激光照射示意图；
图5为实施例二的组合微孔的示意图；
图6为实施例二的涂层覆涂的示意图。
图中：1、脉冲激光束；2、工件；21、微盲孔；3、涂层。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种基于在工件表面制备微盲孔的激光表面前处理方法，下面举例解释本发明。
实施例一
参考图1至图3，工件2材料为6061铝合金，涂层材质为高氯化聚乙烯，激光器采用以下加工参数：
脉宽10ns，重复频率为100KHZ，波长1064nm，单脉冲能量1mj，聚焦后光斑直径50μm。
步骤1：对工件2表面采用酸洗然后超声清洗，以去除表面污物和氧化层；
步骤2：首先对工件2表面采用倾斜角度为75°的脉冲激光束1扫描整个工件2表面，每个点位受到60次激光脉冲的作用，激光脉冲作用后工件2表面生成椭圆形的微盲孔21，所述微盲孔21的列间距和行间距均为60μm；然后在前述脉冲激光束1作用过的整个工件2表面的相同点位上，以微盲孔对应的椭圆短轴所在的平面为对称平面，采用倾斜角度为115°的脉冲激光束1，每个点位受到60次激光脉冲的作用。最终在工件2表面获得短轴半径为60μm、长轴半径为80μm的椭圆形轮廓，深度为45μm的组合微孔，其中构成异形微盲孔的倾斜孔倾角分别为75°和115°。
步骤3：对6061铝合金工件2表面涂覆高氯化聚乙烯涂层3，涂层3厚度为300μm。
经检测，在相同的使用条件下，采用本发明激光表面前处理方法后，涂漆层与6061铝合金工件2的界面结合强度为37.4MPa；采用常规毛化工艺后并涂漆的6061铝合金工件2的界面结合强度为16.3MPa，本发明的方法提高了界面的结合强度。
实施例二
参考图4至图6，工件4材料为不锈钢，涂层6材质为紫铜。激光器采用以下加工参数：脉宽8ps，重复频率为100KHZ，波长1064nm，单脉冲能量2mj，聚焦后光斑直径20μm。
步骤1：对工件2表面采用酸洗然后超声清洗，以去除表面污物。
步骤2：首先对工件2表面采用倾斜角度为50°的脉冲激光束1扫描整个工件2表面，每个点位受到80次激光脉冲的作用，激光脉冲作用后工件2表面生成椭圆形的微盲孔21，微盲孔21的列间距和行间距分别为120μm和60μm；然后在前述脉冲激光束1作用过的所有点位左侧60μm处，采用倾斜角度为120°的脉冲激光束1，每个点位受到80次激光脉冲的作用。最终在工件表面获得短轴半径为30μm、长轴半径为40μm的椭圆形轮廓，底部贯通的组合微孔21，构成组合微孔21的倾斜微盲孔的轴线与工件2表面分别成50°和130°倾角，倾斜微盲孔之间列间距和行间距均为60μm。
步骤3：采用电镀方法在工件2表面涂覆紫铜涂层3，不锈钢电镀铜的工艺：电镀液成分为H2O+CuSO4·5H2O+H2SO4+Cl-，空气搅拌流量为0.6m3/min.m2，阳极电流密度为1A/dm2，镀层厚度为80μm。
经检测，在相同的使用条件下，采用本发明激光表面前处理方法并电镀涂层3的不锈钢工件2，比采用常规毛化工艺后并电镀涂层3的不锈钢工件2使用寿命提高4.4倍。
以上实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围，因此本发明专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims (7)

1.一种基于在工件表面制备微盲孔的激光表面前处理方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，对工件进行清洗，以去除表面污物和氧化层；
步骤2，用激光器产生脉冲激光束扫描工件表面，在工件表面制备阵列排布的组合微孔，组合微孔由两个倾斜的微盲孔构成，两个微盲孔的轴线与工件表面的夹角分别为θ和180°-θ，θ为锐角；
步骤3，对工件表面涂覆涂层。
2.根据权利要求1所述的一种基于在工件表面制备微盲孔的激光表面前处理方法，其特征在于：
组合微孔满足下列几何条件：
(1)两个微盲孔的激光照射在同一点位；
(2)两个微盲孔构成的组合微孔呈椭圆形。
3.根据权利要求1所述的一种基于在工件表面制备微盲孔的激光表面前处理方法，其特征在于：
组合微孔满足下列几何条件：
(1)两个微盲孔激光照射点位不重叠；
(2)两个微盲孔的底部相互贯通。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于在工件表面制备微盲孔的激光表面前处理方法，其特征在于：所述的组合微孔之间间隔相等，间隔的范围为50～150μm。
5.根据权利要求1所述的一种基于在工件表面制备微盲孔的激光表面前处理方法，其特征在于：所述的脉冲激光束到达工件表面时，光斑直径范围为15～60μm。
6.根据权利要求1所述的一种基于在工件表面制备微盲孔的激光表面前处理方法，其特征在于：所述的微盲孔的轴线与工件表面的夹角θ范围为50°～70°。
7.根据权利要求1所述的一种基于在工件表面制备微盲孔的激光表面前处理方法，其特征在于：所述激光器包括飞秒脉冲激光器、皮秒脉冲激光器或者纳秒脉冲激光器。
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