CN110653143A - 一种激光刻蚀铝合金表面纹理后的喷涂方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种激光刻蚀铝合金表面纹理后的喷涂方法，将混合熟化的涂料喷涂到采用激光刻蚀表面纹理的铝合金上，涂层厚度为40‑50μm，所述铝合金表面纹理为正方形或菱形。通过使用本发明的方法对铝合金表面进行喷涂，涂料渗透到激光刻蚀的凹槽内，增加了涂层的附着力。

Description

一种激光刻蚀铝合金表面纹理后的喷涂方法
技术领域
本发明涉及铝合金喷涂技术领域，具体涉及一种激光刻蚀铝合金表面纹理后的喷涂方法。
背景技术
为了提高飞机铝合金蒙皮的耐候性、耐化学性、耐腐蚀性，需要在飞机铝合金蒙皮表面喷涂专用的航空涂料，提高铝合金蒙皮表面涂层的附着力一直是民航领域研究的热点之一。研发新型涂料不仅成本昂贵，而且周期漫长，为了增加涂层附着力，对铝合金蒙皮进行表面改性成为了一种经济有效的方法。
化学法对铝合金表面处理需要经过脱脂、酸洗、清洗等过程，但化学法产生的废液对环境有极大污染。化学法增加附着力，产生废液对环境造成污染，手工打磨对工作人员的熟练程度要求较高，且对工作人员的健康造成影响。
现有激光技术对铝合金表面的处理的方式一般是尽量使铝合金表面全部处理。这样的处理会造成粗糙度过大，涂料无法渗透到激光刻蚀的凹槽内，影响涂层附着力，同时激光刻蚀之后对铝合金进行喷涂时的涂层厚度也会对涂层的附着力造成影响，而且目前尚未出现有关通过用激光刻蚀纹理结构来增加铝合金表面涂层的附着力的报道。
发明内容
针对背景技术中提到的问题，本发明提出了一种激光刻蚀铝合金表面纹理后的喷涂方法，通过使用本发明的方法对铝合金表面进行喷涂，涂料渗透到激光刻蚀的凹槽内，增加了涂层的附着力。
为了实现上述目的，本发明提供种激光刻蚀铝合金表面纹理后的喷涂方法，将混合熟化的涂料喷涂到采用激光刻蚀表面纹理的铝合金上，涂层厚度为40-50μm，所述铝合金表面纹理为正方形或菱形。
进一步的，喷涂环境的温度为20-24℃。
更进一步的，喷涂环境的温度为22℃。
进一步的，喷涂环境的相对湿度为52-57％。
更进一步的，喷涂环境的相对湿度为55％。
一种铝合金激光表面纹理的方法，所述方法包括采用激光处理装置中的振镜控制激光的扫描路径，在飞机铝合金表面刻蚀出正方形或菱形的纹理表面，扫描速度2000mm/s，频率90kHz，脉宽0.35μs，扫描次数1次，间距0.3mm，光斑直径50μm，功率24W。
进一步的，所述激光处理装置包括载物台，所述载物台的上方设置有激光加工头，所述激光加工头与电脑服务器电连接，所述电脑服务器还与激光器电连接，所述激光器发射激光束进入所述激光加工头的输入端，所述激光加工头将激光束向下照射于所述载物台上部的飞机铝合金蒙皮表面，所述激光加工头由六轴机械臂控制。将需要对飞机铝合金蒙皮表面处理的图形预先输入电脑服务器，振镜来调节扫描路径，通过更换场镜与调节功率控制光斑大小，通过控制脉冲频率和扫描移动速度可以改变光斑的搭接率，通过电脑服务器可以调节激光器的功率，通过六轴机械臂控制的动态激光加工头在待处理试样上有合适的位置进行调节，电脑服务器控制激光器在需要刻蚀的部位出光，完成刻蚀。
更进一步的，所述六轴机械臂的下部设置有固定支座。
更进一步的，所述激光加工头中设置有用于调节激光束扫描路径的振镜。
更进一步的，所述激光加工头中还设置有用于实现自动对焦的距离感应器。距离感应器可以实现自动对焦。
本发明的技术原理：铝合金试样经过激光表面处理之后，使用无水乙醇进行简单擦拭去除表面杂物，选用航空专用涂料，将涂料混合熟化20分钟之后，使用喷枪将涂料均匀地喷涂到试样的表面，涂层厚度控制在40-50μm，喷涂环境的温度控制在20-24℃，优选为22℃；喷涂环境的相对湿度控制为52-57％，优选为55％，涂料喷涂完毕之后，将试样在室温条件下放置7天，在涂层实干之后测试其附着力。
其中铝合金表面刻蚀成正方形或菱形的方法为：使用一种飞机铝合金蒙皮喷涂前表面处理的实用新型激光处理设备，该设备使用的是脉冲激光器波长为1064nm，平均功率120W，使用激光加工头中的振镜来调节扫描路径，通过更换场镜与调节功率控制光斑大小，同时通过计算机控制器调节激光器的功率，对激光加工头的位置进行调整，距离感应器实现自动对焦。在对铝合金表面进行刻蚀时，使用振镜控制激光的扫描路径，使用参数为扫描速度2000mm/s、频率90kHz、脉宽0.35μs、扫描次数1次、间距0.3mm，光斑直径50μm，功率24W，通过改变激光的扫描路径即可在铝合金表面刻蚀出正方形或菱形的纹理表面，从而增加铝合金蒙皮表面粗糙度和表面浸润性，以此来增加铝合金表面涂层的附着力；其中菱形的粗糙度和浸润性最好，对增加涂层的附着力最有利。
较于现有技术，本发明的有益效果是：
(1)采用本发明的方法对铝合金表面进行喷涂，涂料渗透到激光刻蚀的铝合金表面的凹槽内，增加了涂层的附着力；
(2)本发明的喷涂方法对铝合金表面刻蚀为正方形和菱形的涂层附着力效果好，其中菱形的涂层附着力效果最好。
(3)将需要对飞机铝合金蒙皮表面处理的图形预先输入电脑服务器，振镜来调节扫描路径，通过更换场镜与调节功率控制光斑大小，通过控制脉冲频率和扫描移动速度可以改变光斑的搭接率，通过电脑服务器可以调节激光器的功率，通过六轴机械臂控制的动态激光加工头在待处理试样上有合适的位置进行调节，电脑服务器控制激光器在需要刻蚀的部位出光，完成刻蚀。
附图说明
图1是本申请激光处理装置的结构示意图；
图2是本申请菱形的纹理表面结构示意图；
图3是本申请正方形的纹理表面结构示意图；
图4是本申请飞机铝合金蒙皮表面的原始表面三维轮廓图；
图5是本申请飞机铝合金蒙皮表面处理后菱形的三维轮廓图；
图6是本申请飞机铝合金蒙皮表面处理后正方形的三维轮廓图。
附图标记：1-激光器，2-六轴机械臂，3-激光加工头，4-待处理试样，5-载物台，6-固定支座，7-电脑服务器。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体的实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
一种激光刻蚀铝合金表面纹理后的喷涂方法，将混合熟化的涂料喷涂到表面刻蚀为正方形或菱形的铝合金上，涂层厚度为40μm，喷涂环境的温度为22℃，喷涂环境的相对湿度为55％。
如图1和图2所示，一种铝合金激光表面纹理的方法，所述方法包括采用激光处理装置中的振镜控制激光的扫描路径，在飞机铝合金表面刻蚀出正方形或菱形的纹理表面，扫描速度2000mm/s，频率90kHz，脉宽0.35μs，扫描次数1次，间距0.3mm，光斑直径50μm，功率24W。激光在铝合金表面产生的凹坑直径为50μm，凹坑的形状近似为圆形，凹坑叠加而成形成扫描路径，纹理表面为菱形。
实施例2
一种激光刻蚀铝合金表面纹理后的喷涂方法，将混合熟化的涂料喷涂到表面刻蚀为正方形或菱形的铝合金上，涂层厚度为45μm，喷涂环境的温度为22℃，喷涂环境的相对湿度为55％。
如图1和图3所示，一种铝合金激光表面纹理的方法，所述方法包括采用激光处理装置中的振镜控制激光的扫描路径，在飞机铝合金表面刻蚀出正方形或菱形的纹理表面，扫描速度2000mm/s，频率90kHz，脉宽0.35μs，扫描次数1次，间距0.3mm，光斑直径50μm，功率24W。激光在铝合金表面产生的凹坑直径为50μm，凹坑的形状近似为圆形，凹坑叠加而成形成扫描路径，纹理表面为菱形。
实施例3
一种激光刻蚀铝合金表面纹理后的喷涂方法，将混合熟化的涂料喷涂到表面刻蚀为正方形或菱形的铝合金上，涂层厚度为50μm，喷涂环境的温度为22℃，喷涂环境的相对湿度为55％。
如图1和图2所示，一种铝合金激光表面纹理的方法，所述方法包括采用激光处理装置中的振镜控制激光的扫描路径，在飞机铝合金表面刻蚀出正方形或菱形的纹理表面，扫描速度2000mm/s，频率90kHz，脉宽0.35μs，扫描次数1次，间距0.3mm，光斑直径50μm，功率24W。激光在铝合金表面产生的凹坑直径为50μm，凹坑的形状近似为圆形，凹坑叠加而成形成扫描路径，纹理表面为菱形。
实施例4
如图1和图3所示，纹理表面为正方形，其余均同实施例1。
实施例5
如图1和图3所示，纹理表面为正方形，其余均同实施例2。
实施例6
如图1和图3所示，纹理表面为正方形，其余均同实施例3。
实施例7
如图1所示，所述激光处理装置包括载物台，所述载物台5的上方设置有激光加工头3，所述激光加工头3与电脑服务器7电连接，所述电脑服务器7还与激光器1电连接，所述激光器1发射激光束进入所述激光加工头3的输入端，所述激光加工头3将激光束向下照射于所述载物台5上部的飞机铝合金蒙皮表面，所述激光加工头由六轴机械臂2控制；所述六轴机械臂2的下部设置有固定支座6；所述激光加工头3中设置有用于调节激光束扫描路径的振镜；所述激光加工头3中还设置有用于实现自动对焦的距离感应器；所述激光器1为脉冲激光器，波长为1064nm，平均功率120W。
试验例1
如图4和图5所示，使用德国奥林巴斯OLS4100型激光共聚焦扫描显微镜测试(LSCM)表面粗糙度，采用5倍物镜进行测试，其中原始表面的粗糙度为1.9μm，菱形激光处理的表面粗糙度达到了7.9μm，粗糙度的提升明显。
试验例2
如图4和图5所示，采用德国KRUSS的DSA100型视频接触角测量仪对试样表面的接触角进行测试，以蒸馏水为测试液，原始表面的接触角大小为53.8°，激光处理过的表面接触角大小为25.6°，可见激光处理之后的试样表面有更好的浸润性。
试验例3
如图4和图5所示，取采用实施例1-6的喷涂方法喷涂的样品各5组，采用美国DeFelsko PosiTest AT-A型拉脱法附着力仪测试表面涂层附着力，试样经过喷涂之后对附着力进行测试，各组取平均值，检测数据如下表。
编号 附着力(MPa)
实施例1 11.12
实施例2 11.53
实施例3 11.32
实施例4 11.02
实施例5 11.40
实施例6 11.24
以上实施例中原始试样的附着力大小均为6.71MPa，其中实施例1-3为菱形试样，实施例4-6为正方形试样，通过检测数据可知，采用本申请中的喷涂方法，正方形试样与菱形试样的附着力相较于原始试样的附着力提升了70％左右，同时喷涂的涂层厚度为45μm时的菱形试样的附着力提升效果最明显。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光刻蚀铝合金表面纹理后的喷涂方法，其特征在于，将混合熟化的涂料喷涂到采用激光刻蚀表面纹理的铝合金上，涂层厚度为40-50μm，所述铝合金表面纹理为正方形或菱形。
2.根据权利要求1所述的一种激光刻蚀铝合金表面纹理后的喷涂方法，其特征在于，喷涂环境的温度为20-24℃。
3.根据权利要求2所述的一种激光刻蚀铝合金表面纹理后的喷涂方法，其特征在于，喷涂环境的温度为22℃。
4.根据权利要求1所述的一种激光刻蚀铝合金表面纹理后的喷涂方法，其特征在于，喷涂环境的相对湿度为52-57％。
5.根据权利要求4所述的一种激光刻蚀铝合金表面纹理后的喷涂方法，其特征在于，喷涂环境的相对湿度为55％。
6.一种权利要求1-5任意一项所述的铝合金表面纹理的方法，其特征在于，所述方法包括采用激光处理装置中的振镜控制激光的扫描路径，在飞机铝合金表面刻蚀出正方形或菱形的纹理表面，扫描速度2000mm/s，频率90kHz，脉宽0.35μs，扫描次数1次，间距0.3mm，光斑直径50μm，功率24W。
7.根据权利要求6所述的铝合金激光表面纹理的方法，其特征在于，所述激光处理装置包括载物台，所述载物台的上方设置有激光加工头，所述激光加工头与电脑服务器电连接，所述电脑服务器还与激光器电连接，所述激光器发射激光束进入所述激光加工头的输入端，所述激光加工头将激光束向下照射于所述载物台上部的飞机铝合金蒙皮表面，所述激光加工头由六轴机械臂控制。
8.根据权利要求7所述的铝合金激光表面纹理的方法，其特征在于，所述六轴机械臂的下部设置有固定支座。
9.根据权利要求7所述的铝合金激光表面纹理的方法，其特征在于，所述激光加工头中设置有用于调节激光束扫描路径的振镜。
10.根据权利要求9所述的铝合金激光表面纹理的方法，其特征在于，所述激光加工头中还设置有用于实现自动对焦的距离感应器。
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Inventor before: Fu Chan yuan

Inventor before: Qian Ziran

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