CN110899983B - 一种应用激光干涉改善零件表面功能性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于激光技术领域，尤其涉及一种激光干涉模式来对零部件表面进行功能性改善。其利用直接激光干涉模式，根据零件表面性能特点，来改善零件表格功能性。其包括利用两道激光束交叉在零件表面形成纹理，根据两个激光束的快慢程度、交叉的角度不同，在零件表面所形成的纹理不同。

Description

一种应用激光干涉改善零件表面功能性的方法
技术领域
本发明属于激光技术领域，尤其涉及一种激光干涉模式来对零部件表面进行功能性改善。
背景技术
随着科技技术的快速发展，越来越多的设备对其零部件的要求越来越高，对零部件的精密程度越来越高。以医疗和半导体行业为例，对零件的精密程度要求非常高，通常对于一些功能性零件，如耐腐蚀性、耐磨损的零件，通常会在零件表面涂镀一层耐腐蚀、耐磨损的涂层。但根据设备需求，很多时候并不是在零部件各个表面全部涂镀功能性涂层，而是只在所需要的表面涂镀涂层，且这些表面可以是凹槽、凸起或装配面。在这些面涂镀涂层时，还会存在将涂层涂镀到非需要涂层面的问题，这样一来就需要人工修复。
但采用人工修复，一方面是效率低，另一方面是重复性低，不同人修复的效果不一致。
发明内容
本发明就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种应用激光干涉改善零件表面功能性的方法，其利用直接激光干涉模式，根据零件表面性能特点，来改善零件表格功能性，既可以提高零件表面的粗糙度，又可以修复零件表面的涂层边界。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，应用激光干涉改善零件表面功能性的方法包括利用两道激光束交叉在零件表面形成纹理，根据两个激光束的快慢程度、交叉的角度不同，在零件表面所形成的纹理不同。
应用激光干涉改善零件表面功能性的方法还包括利用激光光束融化需去除的零件表面材料。
进一步地，利用激光光束融化需去除的零件表面材料中，包括去除零件表面多余氧化层，激光干涉设定固定的干涉区域，提高激光能量，提高激光速度，保证在消除氧化层的同时，保护氧化层下面的基体不被破坏。
进一步地，利用两道激光束交叉在零件表面形成纹理中，对于由两种材质构成的表面结构，其中，高熔点的材质位于零件表面，根据激光能量，可以得到两种不同的图形；若采用较低的激光能量，低层的熔融材料会引起上层的变形，导致结构深度较低的周期性的图案；若增加激光的强度，使得上层达到熔点，则在激光干涉后，消除上层，得到另一种图案。
进一步地，当激光速度一定（固定），且两束激光之间的夹角小大于90°时，在零件表面形成图案一，使得零件表面的粗糙度较高，去除零件表面的面积较小；当两束激光之间的夹角小于90°时，在零件表面形成图案二，图案一的波形的周期大于图案二波形的周期；使得零件表面的粗糙度较低，去除零件表面的面积较大。
进一步地，当激光束夹角及激光能量一定时，激光束速度越慢，在零件表面形成的熔池越深，相应地在零件表面形成的粗糙度越高；若速度越快，在零件表面形成的熔池越浅，零件表面的粗糙度越低。
进一步地，对于金属材料，直接激光干涉模式的加工速度低于0.5m2/min；对于高分子材料（比如塑料），直接激光干涉模式的加工速度低于1m2/min。
与现有技术相比本发明有益效果。
本发明对于需要提高表面粗糙度的零部件来说，不需要辅助的喷砂材料，直接可以用干涉图案来改善零部件表面粗糙。
本发明是采用直接激光形式，能够满足精密零部件的高精度的要求。
本发明对于一些有涂层需要修复涂层边界的零部件来说，可以替代人工，提高生产效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1是本发明直接激光干涉模式示意图。
图2是本发明激光光束的形状。
图3是本发明激光干涉可形成的图案示例。
具体实施方式
如图1所示，应用激光干涉改善零件表面1功能性的方法包括利用两道激光束（第一激光束2和第二激光束3）交叉在零件表面形成纹理，根据两个激光束的快慢程度、交叉的角度不同，在零件表面所形成的纹理不同。
应用激光干涉改善零件表面功能性的方法还包括利用激光光束融化需去除的零件表面材料。
具体地，与传统的激光技术的不同，本发明激光干涉，是在同一设备上，设置有两个激光发射孔，该孔的位置角度可以调节，可以设定不同的角度，以满足形成不同的激光图案，最终到达零件表面能量取决于激光束的数量，激光的波长以及激光束的角度。如图2所示，光束4、光束5和光束6为不同形状激光光束，不同宽度、长度。
此外，本发明机理是利用高功率的脉冲激光的干涉图案照射在样品表面，通过光与零件表面（如金属）之间的光热相互作用，产生直接的、周期性的和局部的加热。
进一步地，利用激光光束融化需去除的零件表面材料中，包括去除零件表面多余氧化层，激光干涉设定固定的干涉区域，提高激光能量，提高激光速度，保证在消除氧化层的同时，保护氧化层下面的基体不被破坏。
进一步地，利用两道激光束交叉在零件表面形成纹理中，对于由两种材质构成的表面结构，其中，高熔点的材质位于零件表面，根据激光能量，可以得到两种不同的图形；若采用较低的激光能量，低层的熔融材料会引起上层的变形，导致结构深度较低的周期性的图案；若增加激光的强度，使得上层达到熔点，则在激光干涉后，消除上层，得到另一种图案。
进一步地，如图3中a所示，当激光速度一定（固定），且两束激光之间的夹角小大于90°时，在零件表面形成图案一，使得零件表面的粗糙度较高，去除零件表面的面积较小；如图3中的b所示，当两束激光之间的夹角小于90°时，在零件表面形成图案二，图案一的波形的周期大于图案二波形的周期；使得零件表面的粗糙度较低，去除零件表面的面积较大。
进一步地，当激光束夹角及激光能量一定时，激光束速度越慢，在零件表面形成的熔池越深，相应地在零件表面形成的粗糙度越高；若速度越快，在零件表面形成的熔池越浅，零件表面的粗糙度越低。具体情况根据不同零件的不同需求而设定激光干涉参数。
进一步地，对于金属材料，直接激光干涉模式的加工速度低于0.5m2/min；对于高分子材料（比如塑料），直接激光干涉模式的加工速度低于1m2/min。
通过该方法改善零件表面功能所具有的优点是，一方面可以根据激光光束的速度、角度，构成不同的纹理图案，纹理图案的不同使得零件表面的功能性不同；另一方面是利用激光光束的方式，可以融化想要去除的零件表面材料。
对于想要增加零件表面粗糙度来说，设定激光能量，达到材料的熔点，激光所干涉的地方，材料被融化，在材料表面形成图案，提高零件表面粗糙度。
对于需要去除零件表面多余氧化层的情况来说，激光干涉可以设定固定的干涉区域，提高激光能量，提高激光速度，在融化氧化层的同时，保证在消除氧化层的同时，保护氧化层下面的基体不被破坏。这两种情况，都不产生废弃物质，降低污染物，提高洁净度。
通常，利用直接激光干涉模式一方面可以改善零件表面的粗糙度，另一方面可以去除一些不想要的多余的涂层边界、机加毛刺等。利用该方法，可以提高精密零部件的精度，减少人工作业工序，提高效率。可满足不同零件表面的功能性需求。
其具体的技术方案是：（1）明确零件表面的需求，是需要提高表面粗糙度还是需要去除多余的氧化层还是有其它的需求。
（2）明确需要改善零件表面的区域大小及位置，设定好激光干涉的走形路线。
（3）根据零件表面需求，设定初始的激光束的能量，两束激光的夹角，以及其他相关参数。
（4）对于金属材料来说，直接激光干涉模式的加工速度低于0.5m2/min。
（5）对于塑料等高分子材料来说，直接激光干涉模式的加工速度低于1m2/min。
该技术方案可以应用到不同材质的不同领域的零部件表面。
具体实施例一。
首先，对于部分表面有阳极氧化的零部件来说，由于零部件对精密度的要求高，有一些不需要阳极的表面也有少部分被阳极化，对于这样的零部件，需要把不需要阳极层部分的阳极去除掉。利用直接激光干涉模式来替代人工修复的部分。
其次，选择两道激光光束，两个激光光束与水平方向的夹角一致，都是45°。
再次，由于铝合金表面的阳极层硬度较高，故直接激光干涉模式的加工速度设定稍慢些，可以设定为0.1m2/min。
最后，直接激光干涉模式在阳极层表面开始工作，去除多余的阳极层的同时，还保证了阳极层与非阳极层边界的清晰、精准度。去除阳极层后的表面粗糙度可达Ra为3.2。与此同时，也保证了多个零件的较高的重复性。
具体实施例二。
首先，对于需要喷砂的碳钢零部件，由于零部件的功能需求，需要增加零部件的表面粗糙度，通常采用喷砂来增加零部件表面的粗糙度，现采用直接激光干涉模式的方式，在零部件表面形成纹理图案，增加零部件表面的粗糙度。
其次，选择两道激光光束，两个激光光束与水平方向的夹角不相同，分别是是15°和30°，设定一定的激光速度。
再次，由于碳钢的表面硬度适中，故直接激光干涉模式的加工速度设定适中，可以设定为0.25-0.3m2/min。
最后，直接激光干涉模式在碳钢表面的特定区域形成一定的纹理图案，所获得的表面粗糙度为Ra6.4左右。不仅提高了零部件的表面粗糙度，还省了喷砂砂材的材质，在保证了零部件粗糙度的同时，也保证了零部件的洁净度、精密度。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种应用激光干涉改善零件表面功能性的方法，其特征在于，包括利用两道激光束交叉在零件表面形成纹理，根据两个激光束的快慢程度、交叉的角度不同，在零件表面所形成的纹理不同；
利用两道激光束交叉在零件表面形成纹理中，对于由两种材质构成的表面结构，其中，高熔点的材质位于零件表面，根据激光能量，可以得到两种不同的图形；若采用较低的激光能量，低层的熔融材料会引起上层的变形，导致结构深度较低的周期性的图案；若增加激光的强度，使得上层达到熔点，则在激光干涉后，消除上层，得到另一种图案；
当激光速度一定，且两束激光之间的夹角小于90°时，在零件表面形成图案一，使得零件表面的粗糙度较高，去除零件表面的面积较小；当两束激光之间的夹角大于90°时，在零件表面形成图案二，图案一的波形的周期大于图案二波形的周期；使得零件表面的粗糙度较低，去除零件表面的面积较大；
当激光束夹角及激光能量一定时，激光束速度越慢，在零件表面形成的熔池越深，相应地在零件表面形成的粗糙度越高；若速度越快，在零件表面形成的熔池越浅，零件表面的粗糙度越低。
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