CN113275740B - 激光抛光实现激光氮化锆基非晶合金表面平坦化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光抛光实现激光氮化锆基非晶合金表面平坦化的方法，属于非晶合金表面改性技术领域。利用激光聚焦在材料表面产生的热量，通过在氮气氛围内对激光氮化锆基非晶合金表面进行激光抛光使表面发生重融，从而降低表面粗糙度。本发明有效解决了现存激光氮化锆基非晶合金表面质量差的问题。通过改变激光抛光参数，实现对激光氮化锆基非晶合金表面粗糙度的调控。本发明实施过程简单、效率高、实用性强，可应用于降低激光氮化锆基非晶合金表面粗糙度，增强其实际应用。

Description

激光抛光实现激光氮化锆基非晶合金表面平坦化的方法
技术领域
本发明涉及非晶合金表面改性技术领域，特别涉及一种激光抛光实现激光氮化锆基非晶合金表面平坦化的方法。可应用于降低激光氮化锆基非晶合金表面粗糙度，增强实际应用性。
背景技术
液相中金属元素的大冷却速率使得非晶合金没有晶体原子结构，不存在晶界和位错缺陷，所以非晶合金具有优异的性能，例如强度高，弹性高，耐腐蚀性强。这些特性使非晶合金在航空航天，精密机械，军用武器和其他领域具有潜在的应用前景。但是在拉伸载荷作用下，非晶合金容易发生高度局部的剪切带变形，上述问题限制了其作为结构材料和工程材料的实际应用。另外，非晶合金的高硬度可以使其作为功能接触材料，为了提高应用性，有必要进一步提高其表面硬度。
研究表明，激光加工可以有效调控非晶合金表面的硬度。激光冲击喷丸由于引入残余应力使非晶合金表面发生软化，而在氮气氛围中用激光辐照锆基非晶合金表面，会发生激光氮化并生成ZrN相，从而使表面硬化。然而，激光氮化表面往往非常粗糙，限制了其作为接触材料的应用性。电化学抛光和机械研磨抛光通常被应用于解决该问题。但是电化学抛光的设备比较复杂，容易造成环境污染。机械研磨抛光的效率比较低，而且生成的氮化层容易被完全去除。与上述常规抛光技术相比，激光抛光不存在工具磨损，可以对选定区域进行处理。尤其是在激光氮化后，可以不改变样品位置，直接对激光氮化区域进行激光抛光，大大提高了抛光效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光抛光实现激光氮化锆基非晶合金表面平坦化的方法，解决现存激光氮化锆基非晶合金表面质量差的问题。利用本发明提供的方法，通过在氮气氛围中对激光氮化锆基非晶合金表面进行多线扫描，实现激光与材料之间的热量传递，当激光束聚焦在激光氮化表面时，温度瞬间升高并将该表面融化，在重力和表面张力的作用下，表面变得平坦，随着激光束远离激光氮化表面，温度降低，平坦的表面快速凝固，可以大幅度降低激光氮化表面粗糙度。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
激光抛光实现激光氮化锆基非晶合金表面平坦化的方法，在氮气氛围内对激光氮化锆基非晶合金表面进行激光抛光使其发生重融，从而降低表面粗糙度，具体步骤包括：
A对锆基非晶合金表面进行机械研磨、抛光，并利用酒精进行清洗，获得光洁表面；
B利用纳秒脉冲激光器在氮气氛围内对锆基非晶合金表面进行辐照，制备激光氮化锆基非晶合金表面；
C利用纳秒脉冲激光器在氮气氛围内对激光氮化锆基非晶合金表面进行快速多线扫描，通过改变激光抛光参数,来改变激光氮化锆基非晶合金表面的热量输入，从而实现对激光氮化锆基非晶合金表面粗糙度的调控。
步骤C包括如下子步骤：
C1利用纳秒脉冲激光器在氮气氛围内对激光氮化锆基非晶合金表面进行激光粗抛光，整体降低表面粗糙度。
C2利用纳秒脉冲激光器在氮气氛围内对激光粗抛光获得的表面进行精细抛光，进一步降低表面粗糙度，提高表面质量。
步骤B中所述的纳秒激光氮化工艺参数为：激光脉冲宽度为10ns，波长1064nm，重复频率600kHz，光斑直径43μm，激光平均功率2.78W，扫描速度1mm/s，相邻扫描线重叠率50％。
步骤C1中所述的纳秒激光粗抛光工艺参数为：激光脉冲宽度为10ns，波长1064nm，重复频率600kHz，光斑直径43μm，激光平均功率7.12～8.82W，扫描速度100～500mm/s，相邻扫描线重叠率80～90％。
步骤C2中所述的纳秒激光精细抛光工艺参数为：激光脉冲宽度为10ns，波长1064nm，重复频率600kHz，光斑直径43μm，激光平均功率2.17～7.12W，扫描速度100～500mm/s，相邻扫描线重叠率80％。
本发明的有益效果在于：在氮气氛围中对激光氮化锆基非晶合金表面进行多线扫描，实现激光与材料之间的热量传递，当激光束聚焦在激光氮化表面时，温度瞬间升高并将该表面融化，在重力和毛细力的作用下，表面变得平坦，随着激光束远离激光氮化表面，温度降低，平坦的表面快速凝固，可以大幅度降低激光氮化表面粗糙度。该方法有效解决了现存激光氮化锆基非晶合金表面质量差的问题。通过改变激光抛光参数，实现对激光氮化锆基非晶合金表面粗糙度的调控。本发明实施过程简单、效率高、实用性强。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的纳秒激光加工系统示意图；
图2为本发明的氮气氛围内激光氮化锆基非晶合金表面经过激光粗抛光的粗糙度；
图3为本发明的氮气氛围内激光氮化锆基非晶合金表面经过激光精细抛光的粗糙度；
图4为本发明的激光氮化锆基非晶合金表面、激光粗抛光表面及激光精细抛光表面形貌对比。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1所示，本发明的激光抛光实现激光氮化锆基非晶合金表面平坦化的方法，在氮气氛围内对激光氮化锆基非晶合金表面进行激光抛光使其发生重融，从而降低表面粗糙度，具体步骤包括：
A对锆基非晶合金表面进行机械研磨、抛光，并利用酒精进行清洗，获得光洁表面；
B利用纳秒脉冲激光器在氮气氛围内对锆基非晶合金表面进行辐照，制备激光氮化锆基非晶合金表面；
C利用纳秒脉冲激光器在氮气氛围内对激光氮化锆基非晶合金表面进行快速多线扫描，通过改变激光抛光参数,来改变激光氮化锆基非晶合金表面的热量输入，从而实现对激光氮化锆基非晶合金表面粗糙度的调控。
步骤C包括如下子步骤：
C1利用纳秒脉冲激光器在氮气氛围内对激光氮化锆基非晶合金表面进行激光粗抛光(如图2)，整体降低表面粗糙度。
C2利用纳秒脉冲激光器在氮气氛围内对激光粗抛光获得的表面进行精细抛光(如图3)，进一步降低表面粗糙度，提高表面质量。
进一步的，步骤3)中，所用的纳秒激光氮化工艺参数为：激光脉冲宽度为10ns，波长1064nm，重复频率600kHz，光斑直径43μm，激光平均功率2.78W，扫描速度1mm/s，相邻扫描线重叠率50％。
进一步的，步骤4)中，所用的纳秒激光粗抛光工艺参数为：激光脉冲宽度为10ns，波长1064nm，重复频率600kHz，光斑直径43μm，激光平均功率7.12～8.82W，扫描速度100-500mm/s，相邻扫描线重叠率80～90％。
进一步的，步骤5)中，所用的纳秒激光精细抛光工艺参数为：激光脉冲宽度为10ns，波长1064nm，重复频率600kHz，光斑直径43μm，激光平均功率2.17～7.12W，扫描速度100～500mm/s，相邻扫描线重叠率80％。其中，激光功率、扫描速度、搭接率、重复扫描次数可通过计算机及软件方便地调节。
实施例
以典型的锆基非晶合金(Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5)为例，在氮气氛围中进行激光氮化表面的制备，然后对该氮化表面进行激光抛光，结合以下实施例进一步对比说明本发明的实施过程和有益效果。
图2是在激光平均功率7.12～8.82W，扫描速度100～500mm/s，相邻扫描线重叠率80～90％，重复扫描1次时，对激光氮化锆基非晶合金表面进行激光粗抛光后，通过激光共聚焦获取的表面粗糙度数值，可以看到，在氮气氛围中进行激光粗抛光后，表面粗糙度相比激光氮化表面最大降低0.905μm，降低86.3％，表明氮气氛围中激光粗抛光可以显著降低激光氮化表面粗糙度。
图3是在激光平均功率2.17～7.12W，扫描速度100～500mm/s，相邻扫描线重叠率80％，重复扫描1次时，对激光粗抛光表面再次进行激光精细抛光，通过激光共聚焦获取的激光精细抛光表面的粗糙度数值，可以看到，在氮气氛围中进行激光精细抛光后，表面粗糙度相比激光粗抛光表面最大降低0.078μm，降低54.2％，表明氮气氛围中激光精细抛光可以进一步降低表面粗糙度。
图4给出了图2试验条件下获得的激光粗抛光表面形貌，图3试验条件下获得的激光精细抛光表面形貌与初始激光氮化表面形貌对比图，可以看到，激光抛光后表面逐渐变得平坦，进一步说明了氮气氛围中激光抛光可以明显降低激光氮化锆基非晶合金表面的粗糙度。
从实例结果可以看出，利用本发明提出的方法，通过氮气氛围中对激光氮化锆基非晶合金表面进行激光抛光，使其表面发生重融，可大幅度降低表面粗糙度。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种激光抛光实现激光氮化锆基非晶合金表面平坦化的方法，其特征在于：通过在氮气氛围中对激光氮化锆基非晶合金表面进行多线扫描，实现激光与材料之间的热量传递，当激光束聚焦在激光氮化表面时，温度瞬间升高并将该表面融化，在重力和毛细力的作用下，表面变得平坦，从而降低表面粗糙度，具体步骤包括：
步骤A对锆基非晶合金表面进行机械研磨、抛光，并利用酒精进行清洗，获得光洁表面；
步骤B利用纳秒脉冲激光器，激光脉冲宽度为10ns，波长1064nm，重复频率600kHz，光斑直径43μm，在氮气氛围内在激光平均功率2.78W，扫描速度1mm/s，相邻扫描线重叠率50%的条件下，对锆基非晶合金表面进行辐照，制备激光氮化锆基非晶合金表面；
步骤C利用纳秒脉冲激光器在氮气氛围内对激光氮化锆基非晶合金表面进行快速多线扫描，先对激光氮化锆基非晶合金表面在激光平均功率3.75～8.82W，扫描速度100～500mm/s，相邻扫描线重叠率80～90%的条件下，进行激光粗抛光，大幅度降低表面粗糙度；再对激光粗抛光获得的表面在激光平均功率2.17～7.12W，扫描速度100～500mm/s，相邻扫描线重叠率80%的条件下，进行精细抛光，进一步降低表面粗糙度，通过改变激光抛光参数，来改变激光氮化锆基非晶合金表面的热量输入，从而实现对激光氮化锆基非晶合金表面粗糙度的调控。
2.根据权利要求1所述的激光抛光实现激光氮化锆基非晶合金表面平坦化的方法，其特征在于：步骤C中纳秒激光粗抛光工艺参数和纳秒激光精细抛光工艺参数为：激光脉冲宽度为10ns，波长1064nm，重复频率600kHz，光斑直径43μm。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114192985B (zh) * 2021-11-30 2023-04-21 深圳信息职业技术学院 磁场辅助激光抛光装置与磁场辅助抛光方法
CN114147363B (zh) * 2021-12-07 2024-03-22 吉林大学 激光诱导非晶碳表面微纳复合结构及周边缺陷修复方法
CN114473213B (zh) * 2022-03-24 2023-05-26 广东省科学院新材料研究所 一种碳化钨基复合涂层的激光抛光方法
CN114713990A (zh) * 2022-03-29 2022-07-08 吉林大学 非晶合金带材表面缺陷纳秒激光修复方法
CN114985903B (zh) * 2022-07-18 2023-06-13 吉林大学 机械刻划修复激光氮化非晶合金表面微孔洞的方法
CN115341167B (zh) * 2022-08-26 2024-01-16 西安电子科技大学 一种纳米孪晶ZrN扩散屏蔽层及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102107389A (zh) * 2009-12-25 2011-06-29 比亚迪股份有限公司 一种非晶合金抛光方法
JP2013258288A (ja) * 2012-06-13 2013-12-26 Sumitomo Heavy Ind Ltd 半導体装置の製造方法及びレーザアニール装置
CN207735764U (zh) * 2017-12-29 2018-08-17 上海驰声新材料有限公司 非晶合金激光低温抛光系统
CN108546893A (zh) * 2018-05-17 2018-09-18 吉林大学 氮气内激光辐照提升锆基或钛基非晶合金表面硬度的方法
CN109759711A (zh) * 2017-11-09 2019-05-17 香港理工大学 一种激光抛光方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102107389A (zh) * 2009-12-25 2011-06-29 比亚迪股份有限公司 一种非晶合金抛光方法
JP2013258288A (ja) * 2012-06-13 2013-12-26 Sumitomo Heavy Ind Ltd 半導体装置の製造方法及びレーザアニール装置
CN109759711A (zh) * 2017-11-09 2019-05-17 香港理工大学 一种激光抛光方法
CN207735764U (zh) * 2017-12-29 2018-08-17 上海驰声新材料有限公司 非晶合金激光低温抛光系统
CN108546893A (zh) * 2018-05-17 2018-09-18 吉林大学 氮气内激光辐照提升锆基或钛基非晶合金表面硬度的方法

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