CN112044872B - 一种激光清洗后基体表面熔融层厚度的调控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种激光清洗后基体表面熔融层厚度的调控方法，属于表面激光清洗技术领域。本发明提供的激光清洗后基体表面熔融层厚度的调控方法，包括以下步骤：对位于基体表面的油漆层进行脉冲激光清洗，在基体表面得到熔融层；所述脉冲激光清洗的工作参数包括：激光波长为193～10600nm，激光频率为5～20kHz，脉冲宽度为50～100ns，输出功率为1～20W，脉冲激光发射口与基体表面的直线距离为25～50cm，扫描速度为40～70cm/s；所述熔融层的厚度为10～20μm。本发明提供的调控方法，采用脉冲激光能够实现对于具有油漆表面的基体的高效率、绿色环保的清洗，并实现了清洗后表面熔融层厚度的有效控制，且不会对基体材料的力学性能产生影响，可以大规模应用于工业生产。

Description

一种激光清洗后基体表面熔融层厚度的调控方法
技术领域
本发明涉及表面激光清洗技术领域，具体涉及一种激光清洗后基体表面熔融层厚度的调控方法。
背景技术
航空飞机蒙皮表面的漆层、船舶等长期使用后表面产生的锈蚀层以及发动机等装备的积碳层，都需要定期进行清洗和维护，以便这些装备能够更好的使用，延长装备的使用寿命。传统的清洗方法主要有：机械清洗、化学清洗以及超声波清洗，然而上述清洗方法的效率低、不环保、容易引入有毒物质造成二次污染，而且清洗后基体表面精度得不到保证，进而影响装备服役期间的性能。
激光清洗作为一种新型清洗技术，具有绿色环保、效率高、清洗后基体表面的精度可以得到有效的保证的优势，而且，激光清洗的工艺简单、成本低、可用于结构复杂的零部件表面清洗。目前激光清洗技术在清洗后表面清洁度方面发展成熟，在除漆、除油、除锈、保护文物、清除微米级及亚微米级颗粒等各个领域都有广泛的应用。
激光清洗后基体表面形成的树枝状突起，树枝状突起的最高处与最低处的最大差值即为熔融层厚。如果熔融层厚度过大会直接增加材料表面的粗糙度以及清洗后重新涂装防护漆的质量。对于激光清洗后形成的熔融层的厚度目前还无有效的调控方法。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种激光清洗后基体表面熔融层厚度的调控方法，本发明提供的激光清洗后基体表面熔融层厚度的调控方法能够调控基体表面激光清洗后形成的熔融层的厚度。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种激光清洗后基体表面熔融层厚度的调控方法，包括以下步骤：
对位于基体表面的油漆层进行脉冲激光清洗，在基体表面得到熔融层；
所述脉冲激光清洗的工作参数包括：激光波长为193～10600nm，激光频率为5～20kHz，脉冲宽度为50～100ns，输出功率为1～20W，脉冲激光发射口与基体表面的直线距离为25～50cm，扫描速度为40～70cm/s；
所述熔融层的厚度为10～20μm。
优选的，所述脉冲激光清洗采用S型扫描路径。
优选的，所述脉冲激光清洗的方法为脉冲激光直接辐射法。
优选的，所述脉冲激光的光斑为圆形光斑，所述圆形光斑的直径为0.1～1mm。
优选的，所述脉冲激光清洗的工作参数还包括：扫描搭接率为3～5％。
优选的，所述脉冲激光清洗利用的激光器为钕-钇铝石榴石近红外激光器。
优选的，所述激光频率为5kHz、10kHz、15kHz或20kHz。
优选的，所述油漆层的厚度为30～40μm。
优选的，所述基体包括铝合金或铁基合金。
本发明提供了一种激光清洗后基体表面熔融层厚度的调控方法，包括以下步骤：对位于基体表面的油漆层进行脉冲激光清洗，在基体表面得到熔融层；所述脉冲激光清洗的工作参数包括：激光波长为193～10600nm，激光频率为5～20kHz，脉冲宽度为50～100ns，输出功率为1～20W，脉冲激光发射口与基体表面的直线距离为25～50cm，扫描速度为40～70cm/s；所述熔融层的厚度为10～20μm。本发明提供的调控方法，采用脉冲激光清洗能够同时实现对于具有油漆表面的基体的清洗以及清洗后表面熔融层厚度的控制为10～20μm，而且对基体表面进行清洗时，不会产生任何废气或废液，绿色环保，清洗效率高、质量好、清洗后金属基体表面的熔融层厚度可以得到有效的控制，不会对基体材料的力学性能产生影响，可以大规模应用于工业生产。本发明为大规模、高质量清洗基体表面漆层并控制清洗后基体表面熔融层的厚度提供了一种新方法。
附图说明
图1为实施例1制备的熔融层的二维形貌图；
图2为实施例1制备的熔融层的三维形貌图；
图3为实施例2制备的熔融层的二维形貌图；
图4为实施例2制备的熔融层的三维形貌图。
具体实施方式
本发明提供了一种激光清洗后基体表面熔融层厚度的调控方法，包括以下步骤：
对位于基体表面的油漆层进行脉冲激光清洗，在基体表面得到熔融层；
所述脉冲激光清洗的工作参数包括：激光波长为193～10600nm，激光频率为5～20kHz，脉冲宽度为50～100ns，输出功率为1～20W，脉冲激光发射口与基体表面的直线距离为25～50cm，扫描速度为40～70cm/s；
所述熔融层的厚度为10～20μm。
在本发明中，若无特殊说明，所有的原料组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。
在本发明中，所述基体优选包括铝合金或铁基合金，更优选包括铝合金2024或不锈钢316。在本发明中，所述油漆层优选为航空飞机用防护漆，更优选包括TB06-9(武汉富莱德化工有限责任公司)、TS70-1(天津灯塔涂料工业漆销售有限公司)或TS96-71(天津灯塔涂料工业漆销售有限公司)；所述油漆层的厚度优选为30～40μm，更优选为32～38μm，最优选为35μm。
在本发明中，所述脉冲激光清洗的方法为脉冲激光直接辐射法。
在本发明中，所述脉冲激光清洗的工作参数包括：激光波长为193～10600nm，优选为1064nm；
激光频率为5～20kHz，优选为5kHz、10kHz、15kHz或20kHz；
脉冲宽度为50～100ns，优选为60～90ns，更优选为70～80ns；
输出功率为1～20W，优选为5～15W，更优选为10～15W；
脉冲激光发射口与基体表面的直线距离为25～50cm，优选为30～45cm，更优选为35～40cm；
扫描速度为40～70cm/s，优选为45～65cm/s，更优选为50～60cm/s。
在本发明中，所述脉冲激光清洗的扫描路径优选为S型；
脉冲激光的光斑优选为圆形光斑，所述圆形光斑的直径优选为0.1～1mm，更优选为0.2～0.8mm，最优选为0.5～0.6mm。
在本发明中，所述脉冲激光清洗利用的激光器优选为钕-钇铝石榴石近红外激光器。
在本发明中，所述脉冲激光清洗的工作参数优选还包括：扫描搭接率优选为3～5％，更优选为3.5～4.5％，最优选为4％。
在本发明中，由于激光符合高斯分布，形成的熔融层一般为树枝状，厚度为10～20μm，优选为12～18μm，更优选为14～16μm，最优选为15μm。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
采用脉冲激光直接辐射法对位于铝合金2024基体表面厚度为40μm的油漆层(油漆的种类是TB06-9)进行脉冲激光清洗，在铝合金2024基体表面得到厚度为19.8μm的熔融层；
其中，脉冲激光清洗的工作参数为：采用钕-钇铝石榴石近红外激光器，扫描路径为S型，激光波长为1064nm，激光频率为20kHz，脉冲宽度为100ns，输出功率为20W，脉冲激光发射口与基体表面的直线距离为48cm，扫描速度为50cm/s，直径为0.6mm的圆形光斑，扫描搭接率优选为4％。
熔融层的二维形貌如图1所示，由图1可知，铝合金2024基体表面的油漆层已经完全被去除，铝合金2024基体表面不存在吸附颗粒，表面干净且光滑。
熔融层的三维形貌如图2所示，由图2可知，铝合金2024基体表面产生了轻微的烧蚀坑，这种现象在激光清洗中不可避免，熔融层的厚度为19.8μm。
实施例2
采用脉冲激光直接辐射法对位于不锈钢316基体表面厚度为40μm的油漆层(油漆的种类是TS70-1)进行脉冲激光清洗，在不锈钢316基体表面得到厚度为10.4μm的熔融层；
其中，脉冲激光的工作参数为：采用脉冲激光直接辐射法，采用钕-钇铝石榴石近红外激光器，扫描路径为S型，激光波长为1064nm，激光频率为10kHz，脉冲宽度为100ns，输出功率为15W，脉冲激光发射口与基体表面的直线距离为48cm，扫描速度为55cm/s，直径为0.6mm的圆形光斑，扫描搭接率优选为4％。
熔融层的二维形貌如图1所示，由图1可知，不锈钢316基体表面的油漆层已经完全被去除，不锈钢316基体表面不存在吸附颗粒，表面干净且光滑。
熔融层的三维形貌如图2所示，由图2可知，由于激光的烧蚀效应，不锈钢316基体表面存在少量尖锐突起，但是整个不锈钢316基体表面整体上光滑且平坦，熔融层的厚度为10.4μm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种激光清洗后基体表面熔融层厚度的调控方法，包括以下步骤：
对位于基体表面的油漆层进行脉冲激光清洗，在基体表面得到熔融层；
所述脉冲激光清洗的工作参数包括：激光波长为193～10600nm，激光频率为5～20kHz，脉冲宽度为50～100ns，输出功率为1～20W，脉冲激光发射口与基体表面的直线距离为25～50cm，扫描速度为40～70cm/s，扫描搭接率为3～5％；所述脉冲激光清洗采用S型扫描路径；
所述熔融层的厚度为10～20μm。
2.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于，所述脉冲激光清洗的方法为脉冲激光直接辐射法。
3.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于，所述脉冲激光的光斑为圆形光斑，所述圆形光斑的直径为0.1～1mm。
4.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于，所述脉冲激光清洗利用的激光器为钕-钇铝石榴石近红外激光器。
5.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于，所述激光频率为5kHz、10kHz、15kHz或20kHz。
6.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于，所述油漆层的厚度为30～40μm。
7.根据权利要求1或6所述的调控方法，其特征在于，所述基体包括铝合金或铁基合金。
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