CN111644748B - 一种快速光洁地去除镁合金微弧氧化膜层的方法 - Google Patents

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Abstract

一种快速光洁地去除镁合金微弧氧化膜层的方法，采用激光波长为1.064
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE001
的纳米激光器对镁合金微弧氧化膜层进行激光去除，激光输出功率为6～18W，激光频率为25～100KHz，扫描方式为对微弧氧化膜层重复进行多次激光光束扫描，相邻两次的扫描方向相互垂直，扫描线间距为0.05～0.09mm，扫描速度为510～2000mm/s。本发明降低了激光输出功率，并对激光的扫描方式、扫描线间距和扫描速度进行设置，既可以对微弧氧化膜层进行充分去除，又可以避免对镁合金表面造成烧蚀，保证激光去除后镁合金的表面质量，膜层去除速度快且干净，膜层去除后镁合金的表面粗糙度不超过3.2

Description

一种快速光洁地去除镁合金微弧氧化膜层的方法
技术领域
本发明涉及镁合金氧化膜层去除方法领域，尤其涉及一种快速光洁地去除镁合金微弧氧化膜层的方法。
背景技术
镁具有低密度、高比强度、高比刚度、电磁屏蔽性能等优点，在军工、机械、电子、医疗器械等领域具有广泛的应用前景。然而镁及其合金极易腐蚀，在特殊环境下（如海水、有机/无机盐溶液、有机/无机酸碱溶液等），镁合金会与周围的介质发生化学或电化学反应。
为提高镁合金的耐腐蚀能力，业内常采用微弧氧化进行表面处理，在基体表面生成高硬度、致密的陶瓷膜。然而，镁合金的微弧氧化膜层的主要成分为氧化镁或氧化镁的复合氧化物，难以采用酸液或碱液去除，且酸碱液渗透至基体容易造成基体的过腐蚀。化学方法除膜需要加热、成本高、能耗高、污染严重、工艺复杂、容易伤到镁合金内部。
激光清除因其非直接接触、无污染、易操控的优点，已开始应用于合金的表面处理，尤其广泛适用于铝合金的表面处理，取得了良好的效果，但现有的激光清除技术对镁合金的效果不佳，难以满足要求。如申请号为201310293821.4的现有技术中，公开了一种镁合金表面氧化层的激光蚀刻加工方法，利用的激光束照射镁合金的表面需蚀刻的部位，使表面氧化层直接升华，蚀刻掉表面氧化层，用于提高镁合金的导电性能。然而，其技术方案中采用的扫描速度慢，难以满足大面积膜层快速去除的要求；该方法中线条宽度值偏大，无法适应人们对工件低表面粗糙度的要求。申请号为201610110091.3的现有技术中，利用飞秒脉冲激光作为直接工具，通过扫描振镜实现脉冲序列在工件表面的横向或纵向逐行扫描，刻蚀去除铝、镁等轻金属表面氧化膜。然而，该方法中所用飞秒激光设备昂贵；其目的是去除厚度仅为纳米级别的自然氧化膜；而为达到大的去除量，飞秒脉冲激光的平均功率在20-80W之间，高的输出功率会导致表面毛化粗糙，难以使表面实现低粗糙度。申请号为201610110091.3的现有技术中，提出了一种镁合金工件焊前表面激光清洗方法。然而，其输出功率更是高达100-200W，同样难以使表面实现低粗糙度。
发明内容
为解决现有的激光清除技术对镁合金的效果不佳，难以满足要求的问题，本发明提供了一种快速光洁地去除镁合金微弧氧化膜层的方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种快速光洁地去除镁合金微弧氧化膜层的方法，采用激光波长为1.064
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
的纳米激光器对镁合金微弧氧化膜层进行激光去除，激光输出功率为6～18W，激光频率为25～100KHz，扫描方式为对微弧氧化膜层重复进行多次激光光束扫描，相邻两次的扫描方向相互垂直，扫描线间距为0.05～0.09mm，扫描速度为510～2000mm/s。
优选的，对镁合金微弧氧化膜层上受到激光光束扫描的区域进行电阻测量，当区域内任意两点之间的电阻均为零时，镁合金微弧氧化膜层的去除完成，停止对该区域的激光扫描。
优选的，激光输出功率为18W，频率为50KHz，扫描线间距为0.05mm，扫描速度为1000mm/s。
优选的，激光输出功率为9W，频率为50KHz，扫描线间距为0.05mm，扫描速度为1500mm/s。
优选的，激光输出功率为6W，频率为30KHz，扫描线间距为0.05mm，扫描速度为510mm/s。
优选的，激光输出功率为18W，频率为100KHz，扫描线间距为0.09mm，扫描速度为2000mm/s。
优选的，激光输出功率为12W，频率为25KHz，扫描线间距为0.09mm，扫描速度为2000mm/s。
根据上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明与现有的主要适用于铝合金的激光清除方法相比，降低了激光输出功率，采用了适合于镁合金的6～18W的激光输出功率。现有技术中较高功率的激光可适用于铝、钢等合金的表面除膜和清洗处理，然而镁合金的沸点仅为1107℃左右，远低于铝合金的沸点2500℃和钢的沸点2630℃，激光清洗的过程是通过烧蚀使表面升华，露出新鲜的金属表面，意味着不仅要完全去除原有的氧化膜层，还会使激光与金属基体间产生一定的作用，高功率的激光对与沸点较低的镁合金表面的烧蚀严重，并不适合镁合金的表面的高光洁度处理。本发明中采用的激光输出功率既可以对微弧氧化膜层进行充分去除，又可以避免对镁合金表面造成烧蚀，保证激光去除后镁合金的表面质量，还能够节约能耗。
本发明中通过对激光的扫描方式、扫描线间距和扫描速度进行设置，使激光线间距应与激光光斑直径相匹配，实现精确控制，并合理设置扫描方式，以完整地除掉表面的膜层。扫描线间距过大容易使表面出现深浅不一的情况；扫描线间距过小则易导致局部反复接收高能量，造成局部的熔滴增多；扫描方式不当则容易出现膜层清除不彻底的情形。本发明中可以避免上述现有技术中容易出现的不利情况，使得镁合金平面不合格的膜层快速去除，同时保持镁合金表面的低粗糙度，膜层去除速度快且干净，膜层去除后镁合金的表面粗糙度不超过3.2μm，满足镁合金微弧氧化膜层去除的要求，现有的激光去除技术对于镁合金均无法达到本申请的效果。
具体实施方式
一种快速光洁地去除镁合金微弧氧化膜层的方法，采用激光波长为1.064
Figure 891400DEST_PATH_IMAGE001
的纳米激光器对镁合金微弧氧化膜层进行激光去除，激光输出功率为6～18W，激光频率为25～100KHz，扫描方式为对微弧氧化膜层重复进行多次激光光束扫描，相邻两次的扫描方向相互垂直，扫描线间距为0.05～0.09mm，扫描速度为510～2000mm/s。
实施例1：
试验对象是微弧氧化膜层厚度为15
Figure 605278DEST_PATH_IMAGE001
的镁合金试样，表面粗糙度为1.035
Figure 791539DEST_PATH_IMAGE001
。采用激光波长为1.064
Figure 921170DEST_PATH_IMAGE001
的纳米激光器对膜层进行激光去除，激光输出功率为18W，频率为50KHz，激光光束扫描方式为1次横向扫描叠加1次纵向扫描，扫描线间距为0.05mm，扫描速度为1000mm/s。
采用万用表测得除膜区域的任意两点间的电阻为0
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，说明微弧氧化膜层已清除干净。采用TR200表面粗糙度仪测得该区域的Ra为1.702
Figure 266700DEST_PATH_IMAGE001
。
实施例2：
试验对象是微弧氧化膜层厚度为15
Figure 259802DEST_PATH_IMAGE001
的镁合金试样，表面粗糙度为1.012
Figure 57993DEST_PATH_IMAGE001
。采用激光波长为1.064
Figure 991314DEST_PATH_IMAGE001
的纳米激光器对膜层进行激光去除，激光输出功率为9W，频率为50KHz，激光光束扫描方式为1次横向扫描叠加1次纵向扫描，扫描线间距为0.05mm，扫描速度为1500mm/s。
采用万用表测得除膜区域的任意两点间的电阻为0
Figure 66718DEST_PATH_IMAGE002
，说明微弧氧化膜层已清除干净。采用TR200表面粗糙度仪测得该区域的Ra为2.220
Figure 856819DEST_PATH_IMAGE001
。
实施例3：
试验对象是微弧氧化膜层厚度为27
Figure 345569DEST_PATH_IMAGE001
的镁合金试样，表面粗糙度为1.573
Figure 754685DEST_PATH_IMAGE001
。采用激光波长为1.064
Figure 12491DEST_PATH_IMAGE001
的纳米激光器对膜层进行激光去除，激光输出功率为6W，频率为30KHz，激光光束扫描方式为1次横向扫描叠加1次纵向扫描，扫描线间距为0.05mm，扫描速度为510mm/s。
采用万用表测得除膜区域的任意两点间的电阻为0
Figure 239073DEST_PATH_IMAGE002
，说明微弧氧化膜层已清除干净。采用TR200表面粗糙度仪测得该区域的Ra为1.454
Figure 215119DEST_PATH_IMAGE001
。
实施例4：
试验对象是微弧氧化膜层厚度为27
Figure 162347DEST_PATH_IMAGE001
的镁合金试样，表面粗糙度为1.573
Figure 540239DEST_PATH_IMAGE001
。采用激光波长为1.064
Figure 672143DEST_PATH_IMAGE001
的纳米激光器对膜层进行激光去除，激光输出功率为18W，频率为100KHz，激光光束扫描方式为1次横向扫描叠加1次纵向扫描，扫描线间距为0.09mm，扫描速度为2000mm/s。
采用万用表测得除膜区域的任意两点间的电阻为0
Figure 135485DEST_PATH_IMAGE002
，说明微弧氧化膜层已清除干净。采用TR200表面粗糙度仪测得该区域的Ra为2.899
Figure 119359DEST_PATH_IMAGE001
。
实施例5：
试验对象是微弧氧化膜层厚度为27
Figure 414074DEST_PATH_IMAGE001
的镁合金试样，表面粗糙度为1.569
Figure 920142DEST_PATH_IMAGE001
。采用激光波长为1.064
Figure 542884DEST_PATH_IMAGE001
的纳米激光器对膜层进行激光去除，激光输出功率为12W，频率为25KHz，激光光束扫描方式为1次横向扫描叠加1次纵向扫描，扫描线间距为0.09mm，扫描速度为2000mm/s。
采用万用表测得除膜区域的任意两点间的电阻为0
Figure 159811DEST_PATH_IMAGE002
，说明微弧氧化膜层已清除干净。采用TR200表面粗糙度仪测得该区域的Ra为2.082
Figure 309032DEST_PATH_IMAGE001
。
实施例1-5的镁合金试样在进行激光去除后表面粗糙度均满足要求，以利于后续的微弧氧化，膜层去除速度快且干净。

Claims (7)

1.一种快速光洁地去除镁合金微弧氧化膜层的方法，其特征在于：采用激光波长为1.064
Figure DEST_PATH_IMAGE001
的纳米激光器对镁合金微弧氧化膜层进行激光去除，激光输出功率为6～18W，激光频率为25～100KHz，扫描方式为对微弧氧化膜层重复进行多次激光光束扫描，相邻两次的扫描方向相互垂直，扫描线间距为0.05～0.09mm，扫描速度为510～2000mm/s。
2.根据权利要求1所述的一种快速光洁地去除镁合金微弧氧化膜层的方法，其特征在于：对镁合金微弧氧化膜层上受到激光光束扫描的区域进行电阻测量，当区域内任意两点之间的电阻均为零时，镁合金微弧氧化膜层的去除完成，停止对该区域的激光扫描。
3.根据权利要求1所述的一种快速光洁地去除镁合金微弧氧化膜层的方法，其特征在于：激光输出功率为18W，频率为50KHz，扫描线间距为0.05mm，扫描速度为1000mm/s。
4.根据权利要求1所述的一种快速光洁地去除镁合金微弧氧化膜层的方法，其特征在于：激光输出功率为9W，频率为50KHz，扫描线间距为0.05mm，扫描速度为1500mm/s。
5.根据权利要求1所述的一种快速光洁地去除镁合金微弧氧化膜层的方法，其特征在于：激光输出功率为6W，频率为30KHz，扫描线间距为0.05mm，扫描速度为510mm/s。
6.根据权利要求1所述的一种快速光洁地去除镁合金微弧氧化膜层的方法，其特征在于：激光输出功率为18W，频率为100KHz，扫描线间距为0.09mm，扫描速度为2000mm/s。
7.根据权利要求1所述的一种快速光洁地去除镁合金微弧氧化膜层的方法，其特征在于：激光输出功率为12W，频率为25KHz，扫描线间距为0.09mm，扫描速度为2000mm/s。
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