CN114535932A - 激光加工骨架强化结构的疏水疏油钛合金板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光加工骨架强化结构的疏水疏油钛合金板的制备方法，其特征在于：采用激光粗化钛合金板的表面，在激光粗化后的钛合金板的表面激光加工具有栅格状空间的骨架结构，并在栅格状空间设置具有微纳结构的熔覆层，通过氟硅烷修饰以实现钛合金表面的疏水疏油性能；骨架结构和栅格状空间形成台阶，并在骨架结构上设置耐磨熔覆层，以留出磨损余量和增强钛合金板表面的硬度，实现钛合金表面的机械性能。本发明激光加工骨架强化结构的疏水疏油钛合金板的制备方法可兼顾钛合金表面的疏水疏油性能和机械性能，解决了现有方法处理钛合金表面机械性能较差以及不耐刮擦的弊端。

Description

激光加工骨架强化结构的疏水疏油钛合金板的制备方法
技术领域
本发明涉及钛合金材料工艺技术领域，更具体地说，涉及一种激光加工骨架强化结构的疏水疏油钛合金板的制备方法。
背景技术
钛合金以其低密度、比强度高、耐腐蚀的特性，被广泛地应用于海工装备的结构件中。由于钛及其表面氧化膜的化学亲和力高，比较容易浸润和吸附一些海洋生物和油污，因此需要对钛合金表面作疏水疏油的处理。
目前是先通过诸如阳极氧化、激光粗化等手段，在钛合金表面上制备出含氧微纳结构，然后在其上浸涂氟硅烷溶液并烘干以获得疏水疏油的表面。但是这种表面的机械性能较差，不耐刮擦。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种激光加工骨架强化结构的疏水疏油钛合金板的制备方法，该制备方法兼顾钛合金表面的疏水疏油性能和机械性能，解决了现有方法处理钛合金表面机械性能较差以及不耐刮擦的弊端。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种激光加工骨架强化结构的疏水疏油钛合金板的制备方法，其特征在于：采用激光粗化钛合金板的表面，在激光粗化后的钛合金板的表面激光加工具有栅格状空间的骨架结构，并在栅格状空间设置具有微纳结构的熔覆层，通过氟硅烷修饰以实现钛合金表面的疏水疏油性能；骨架结构和栅格状空间形成台阶，并在骨架结构上设置耐磨熔覆层，以留出磨损余量和增强钛合金板表面的硬度，实现钛合金表面的机械性能。
所述采用激光粗化钛合金板的表面，在激光粗化后的钛合金板的表面激光加工具有栅格状空间的骨架结构，并在栅格状空间设置具有微纳结构的熔覆层，通过氟硅烷修饰以实现钛合金表面的疏水疏油性能；骨架结构和栅格状空间形成台阶，并在骨架结构上设置耐磨熔覆层，以留出磨损余量和增强钛合金板表面的硬度，实现钛合金表面的机械性能是指，包括以下步骤：
步骤1，设置粉一和粉二；
步骤2，精铣钛合金板表面；
步骤3，对精铣后的钛合金板的表面进行激光粗化；
步骤4，对激光粗化后的合金板表面铺设粉一，并作激光熔覆处理，在钛合金板表面形成粉一熔覆层，该粉一熔覆层作为耐磨熔覆层；
步骤5，采用激光在钛合金板表面的粉一熔覆层加工形成栅格状的骨架结构；
步骤6，在骨架结构形成的栅格状空间铺设粉二，并作激光熔覆处理，在栅格状空间形成粉二熔覆层，该粉二熔覆层为具有微纳结构的熔覆层；
步骤7，对整个钛合金板的表面作整体氟硅烷修饰，完成疏水疏油钛合金板的制备。
步骤1中，粉一为钨粉。
步骤1中，粉二是由镍粉和二氧化硅粉按质量比1：4混合组成。
步骤2中，钛合金板表面精铣后，粗糙度为Ra1.6至Ra0.8。
步骤3中，对精铣的钛合金板表面进行激光粗化是指：在惰性气体中装夹精铣后的钛合金板，采用激光粗化精铣后的钛合金板的表面。本发明采用激光粗化是为了给激光熔覆作准备的。
激光粗化的平均功率为20W，离焦量为0mm，重复频率为20khz，扫描速度为160mm/s，扫描行间距为0.004mm，扫描次数为10。
骨架结构与栅格状空间之间具有台阶结构，骨架结构位于台阶结构的高处，栅格状空间位于台阶结构的低处。
步骤7中，所述对钛合金板的表面作整体氟硅烷修饰是指：配制氟硅烷乙醇溶液，将钛合金板卸下并浸泡于溶液中1h，取出后将其放入恒温烘箱中烘烤20min，则完成对钛合金板的表面作整体氟硅烷的修饰；其中，烘箱温度为100℃。
本发明激光加工骨架强化结构的疏水疏油钛合金板的制备方法的工艺路线为：激光粗化表面—铺钨粉—激光熔覆—加工栅格—铺混合粉末—激光熔覆栅格—整体氟硅烷修饰。该制备方法在激光粗化后的钛合金板的表面激光加工具有栅格状空间的骨架结构，而栅格状空间的熔覆层上具有微纳结构，这样可便于疏水疏油，从而提高钛合金板的疏水疏油性能。另外，本发明通过表面的钨熔覆层增强骨架表面的硬度，而且骨架结构与栅格状空间之间具有台阶结构，以增强骨架的耐磨耐刮擦性来保护内部的疏水栅格。另外，在一定条件下该工艺路线可以满足实现一次装夹完成所有工序，适合规模化加工，减小物力和时间成本。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：本发明激光加工骨架强化结构的疏水疏油钛合金板的制备方法可兼顾钛合金表面的疏水疏油性能和机械性能，解决了现有方法处理钛合金表面机械性能较差以及不耐刮擦的弊端。
附图说明
图1是本发明加工形成栅格状的骨架结构的局部视图；
图2是图1中A-A视图；
图3是图2中B处放大图；
其中，1为骨架结构、2为栅格状空间、3为钛合金板、4为粉一熔覆层、5为粉二熔覆层。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例
本发明激光加工骨架强化结构的疏水疏油钛合金板的制备方法是这样的：采用激光粗化钛合金板的表面，在激光粗化后的钛合金板的表面激光加工具有栅格状空间的骨架结构，并在栅格状空间设置具有微纳结构的熔覆层，通过氟硅烷修饰以实现钛合金表面的疏水疏油性能；骨架结构和栅格状空间形成台阶，并在骨架结构上设置耐磨熔覆层，以留出磨损余量和增强钛合金板表面的硬度，实现钛合金表面的机械性能。具体包括以下步骤：
步骤1，设置粉一和粉二；其中，粉一为钨粉；粉二是将镍粉和二氧化硅粉烘干，并按镍粉和二氧化硅粉按质量比1：4混合12个小时组成。
步骤2，精铣钛合金板表面；精铣钛合金板表面的最后一步走刀是采用直径为16mm的圆柱端铣刀进行切削，切削的进给量为200mm/min，切削的转速为1200rpm，切削的切深为0.05mm。钛合金板表面精铣后，粗糙度为Ra1.6至Ra0.8。
步骤3，在惰性气体中装夹精铣后的钛合金板，采用激光粗化精铣后的钛合金板的表面。激光粗化的平均功率为20W，离焦量为0mm，重复频率为20khz，扫描速度为160mm/s，扫描行间距为0.004mm，扫描次数为10。
步骤4，对激光粗化后的合金板表面铺设一层0.05mm厚的粉一，并作激光熔覆处理，在钛合金板表面形成粉一熔覆层，该粉一熔覆层作为耐磨熔覆层；其中，熔覆参数是平均功率20W，离焦量+7mm，重复频率20khz，扫描速度1mm/s，扫描行间距0.002mm，扫描次数1。
步骤5，采用激光在钛合金板表面的粉一熔覆层加工形成栅格状的骨架结构；如图1所示，骨架结构1形成若干个8mm×8mm正方形阵列的栅格状空间2，骨架结构1的宽度为2mm。其中，采用激光加工的参数是平均功率为20W，离焦量为0mm，重复频率为20khz，扫描速度为160mm/s，扫描行间距为0.004mm，扫描次数为60。
步骤6，如图1至图3所示，在骨架结构1形成的栅格状空间2铺设粉二，并作激光熔覆处理，在栅格状空间形成粉二熔覆层，该粉二熔覆层为具有微纳结构的熔覆层。骨架结构1与栅格状空间2之间具有台阶结构，骨架结构1位于台阶结构的高处，骨架结构1是在钛合金板3的粉一熔覆层4加工形成的，栅格状空间2位于台阶结构的低处，栅格状空间2形成粉二熔覆层5。该骨架结构1比栅格状空间2要高出大概0.05mm。
步骤7，对整个钛合金板的表面作整体氟硅烷修饰，完成疏水疏油钛合金板的制备。具体地说，配制0.5％(w/w)的氟硅烷乙醇溶液，将钛合金板卸下并浸泡于溶液中1h，取出后将其放入恒温烘箱中烘烤20min，则完成对钛合金板的表面作整体氟硅烷的修饰；其中，烘箱温度为100℃。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种激光加工骨架强化结构的疏水疏油钛合金板的制备方法，其特征在于：采用激光粗化钛合金板的表面，在激光粗化后的钛合金板的表面激光加工具有栅格状空间的骨架结构，并在栅格状空间设置具有微纳结构的熔覆层，通过氟硅烷修饰以实现钛合金表面的疏水疏油性能；骨架结构和栅格状空间形成台阶，并在骨架结构上设置耐磨熔覆层，以留出磨损余量和增强钛合金板表面的硬度，实现钛合金表面的机械性能。
2.根据权利要求1所述的激光加工骨架强化结构的疏水疏油钛合金板的制备方法，其特征在于：所述采用激光粗化钛合金板的表面，在激光粗化后的钛合金板的表面激光加工具有栅格状空间的骨架结构，并在栅格状空间设置具有微纳结构的熔覆层，通过氟硅烷修饰以实现钛合金表面的疏水疏油性能；骨架结构和栅格状空间形成台阶，并在骨架结构上设置耐磨熔覆层，以留出磨损余量和增强钛合金板表面的硬度，实现钛合金表面的机械性能是指，包括以下步骤：
步骤1，设置粉一和粉二；
步骤2，精铣钛合金板表面；
步骤3，对精铣后的钛合金板的表面进行激光粗化；
步骤4，对激光粗化后的合金板表面铺设粉一，并作激光熔覆处理，在钛合金板表面形成粉一熔覆层，该粉一熔覆层作为耐磨熔覆层；
步骤5，采用激光在钛合金板表面的粉一熔覆层加工形成栅格状的骨架结构；
步骤6，在骨架结构形成的栅格状空间铺设粉二，并作激光熔覆处理，在栅格状空间形成粉二熔覆层，该粉二熔覆层为具有微纳结构的熔覆层；
步骤7，对整个钛合金板的表面作整体氟硅烷修饰，完成疏水疏油钛合金板的制备。
3.根据权利要求2所述的激光加工骨架强化结构的疏水疏油钛合金板的制备方法，其特征在于：步骤1中，粉一为钨粉。
4.根据权利要求2所述的激光加工骨架强化结构的疏水疏油钛合金板的制备方法，其特征在于：步骤1中，粉二是由镍粉和二氧化硅粉按质量比1：4混合组成。
5.根据权利要求2所述的激光加工骨架强化结构的疏水疏油钛合金板的制备方法，其特征在于：步骤2中，钛合金板表面精铣后，粗糙度为Ra1.6至Ra0.8。
6.根据权利要求2所述的激光加工骨架强化结构的疏水疏油钛合金板的制备方法，其特征在于：步骤3中，对精铣的钛合金板表面进行激光粗化是指：在惰性气体中装夹精铣后的钛合金板，采用激光粗化精铣后的钛合金板的表面。
7.根据权利要求6所述的激光加工骨架强化结构的疏水疏油钛合金板的制备方法，其特征在于：激光粗化的平均功率为20W，离焦量为0mm，重复频率为20khz，扫描速度为160mm/s，扫描行间距为0.004mm，扫描次数为10。
8.根据权利要求2所述的激光加工骨架强化结构的疏水疏油钛合金板的制备方法，其特征在于：骨架结构与栅格状空间之间具有台阶结构，骨架结构位于台阶结构的高处，栅格状空间位于台阶结构的低处。
9.根据权利要求2所述的激光加工骨架强化结构的疏水疏油钛合金板的制备方法，其特征在于：步骤7中，所述对钛合金板的表面作整体氟硅烷修饰是指：配制氟硅烷乙醇溶液，将钛合金板卸下并浸泡于溶液中1h，取出后将其放入恒温烘箱中烘烤20min，则完成对钛合金板的表面作整体氟硅烷的修饰；其中，烘箱温度为100℃。
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