CN114713990A - 非晶合金带材表面缺陷纳秒激光修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非晶合金带材表面缺陷纳秒激光修复方法，属于材料表面缺陷修复技术领域。在氩气氛围内，利用激光聚焦在非晶合金带材表面产生的热量，使其表面发生重熔，熔融的材料填充了表面的划痕、凹坑等，从而修复非晶合金带材制备过程中产生的表面缺陷。本发明有效解决了工业上利用单辊法制备非晶合金带材导致其表面存在划痕、凹坑等缺陷的表面质量问题。改变激光修复参数，可实现激光对非晶合金带材表面修复程度的调控。本发明实施过程简单、效率高、实用性强，可应用于修复非晶合金带材表面缺陷，增强其实际应用，延长其使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及材料表面缺陷修复技术领域，特别涉及一种非晶合金带材表面缺陷纳秒激光修复方法。可应用于修复非晶合金带材表面缺陷，增强其实际应用性，延长其使用寿命。
背景技术
非晶态合金是指在三维空间下的固态原子不具备长程有序而是短程有序的玻璃态合金，并且在一定温度范围内能够保持相对稳定状态。与晶态合金相比，非晶态合金结构有明显的特点，因此显示出独特的物理和化学性能，如高强度和高硬度、超塑性、优异的磁学性能、耐腐蚀性和耐磨性等，在机械电子、航空航天、汽车工业乃至国防军事上都具有广泛的应用潜力。虽然非晶合金带材的制备方法目前己经比较成熟，但制备出的带材表面仍然存在很多缺陷，其制备方法可以根据冷却基体形式的不同可分为双辊法和单辊法。双辊法是将熔融合金喷射到两个相对高速旋转的冷却辊的接触面上，通过快速固化，得到非晶带材。理论上讲，双辊法的冷却速度高于单辊法并且加工后带材表面质量较好，但由于工程技术方面的问题，难以发挥其优势。因此，在工业生产上仍主要采用单辊制带法。单辊法是金属熔体在重力或气体压力作用下通过喷嘴喷射到高速旋转的金属辊轮表面(如铜、铝或钢辊等)或由旋转的轮或盘对金属熔体进行抽取，从而形成连续的薄带。这也导致大多数的非晶合金带材表面存在划痕、凹坑等表面缺陷问题，严重影响非晶合金带材的使用性能。因此，亟需发展非晶合金带材表面缺陷修复方法与技术，提升其服役性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非晶合金带材表面缺陷纳秒激光修复方法，解决单辊法制备的非晶合金带材表面存在缺陷的问题。利用本发明提供的方法，在氩气氛围中，当激光对非晶合金带材表面设定的区域进行辐照时，一层薄薄的表面由于温度升高开始熔化，在其重力和表面张力的作用下，熔融的材料开始流入带材表面的波谷，材料被重新分配，填充表面的凹坑、划痕等。当激光与材料作用时间减小时，带材表面温度降低，熔融的材料开始凝固，最终达到修复非晶合金带材表面缺陷的目的。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
非晶合金带材表面缺陷纳秒激光修复方法，在氩气氛围内对单辊法制备的非晶合金带材表面进行激光辐照，使其表面熔化，熔融的材料填充了表面的划痕、凹坑等，从而修复非晶合金带材表面缺陷。具体步骤包括：
A利用石蜡将非晶合金带材固定在薄铝片上，并用酒精进行清洗，获得光洁表面；
B在氩气氛围内，使用纳秒脉冲激光器对非晶合金带材表面设定区域进行辐照，通过改变激光修复参数,调控带材表面熔融程度，熔融的材料填充带材表面凹坑、划痕等，同时熔融的材料急冷凝固，从而获得较好的表面质量，达到修复带材表面缺陷的效果。
2、根据权利要求1所述的非晶合金带材表面缺陷纳秒激光修复方法，其特征在于：步骤B中所述的纳秒激光修复工艺参数为：激光脉冲宽度为20ns，波长1064nm，重复频率353kHz，光斑直径43μm，激光平均功率5.32～5.96W，扫描速度600～900mm/s，相邻扫描线重叠率53.5％～93.4％。
本发明的有益效果在于：通过纳秒激光器对非晶合金带材设定区域进行辐照，带材表面的材料受热熔化，填充其表面的凹坑、划痕等，辐照结束后，熔融的材料开始凝固，从而完成对带材表面设定区域的修复。该方法有效解决了单辊法制备的非晶合金带材表面存在缺陷的问题，同时修复后的带材表面粗糙度较原始表面显著降低。本发明实施过程简单、效率高、实用性强，可应用于纳秒激光修复非晶合金带材表面缺陷，增强其实际应用。
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为本发明的氩气氛围内、不同参数下纳秒激光修复后非晶合金带材表面；
图3为本发明的较优加工参数，选定区域下，激光修复后的非晶合金带材表面与带材原始表面形貌的对比。
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，本发明的非晶合金带材表面缺陷纳秒激光修复方法，在氩气氛围内对单辊法制备的非晶合金带材表面进行激光辐照，使其表面熔化，熔融的材料填充了表面的划痕、凹坑等，从而修复非晶合金带材表面缺陷。具体步骤包括：
A利用石蜡将非晶合金带材固定在薄铝片上，并用酒精进行清洗，获得光洁表面；
B在氩气氛围内，使用纳秒脉冲激光器对非晶合金带材表面设定区域进行辐照，通过改变激光修复参数,调控带材表面熔融程度，熔融的材料填充带材表面凹坑、划痕等，同时熔融的材料急冷凝固，从而获得较好的表面质量，达到修复带材表面缺陷的效果。
2、根据权利要求1所述的非晶合金带材表面缺陷纳秒激光修复方法，其特征在于：步骤B中所述的纳秒激光修复工艺参数为：激光脉冲宽度为20ns，波长1064nm，重复频率353kHz，光斑直径43μm，激光平均功率5.32～5.96W，扫描速度600～900mm/s，相邻扫描线重叠率53.5％～93.4％。
实施例
以典型的锆基非晶合金带材(Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5)为例，在氩气氛围中对其进行激光辐照，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(a)是在氩气氛围内，激光平均功率分别为5.32W、5.59W，其他修复参数如扫描速度900mm/s、扫描次数6次、搭接率为88.4％不变的情况下进行的试验，由图可知，随着激光功率的增加，辐照区域的带材表面缺陷修复程度逐渐提高，其表面质量得到了改善。图2(b)是在氩气氛围内，扫描速度分别为600mm/s、800mm/s，其他修复参数如激光平均功率5.59W、扫描次数6次、搭接率为88.4％不变的情况下进行的试验，由图可知，辐照区域的带材表面缺陷在整体上都得到了修复。在氩气氛围内，激光平均功率为5.59W、扫描速度900mm/s、扫描次数6次等修复参数不变，探究激光扫描线的搭接率对带材表面缺陷修复程度影响的试验中，通过激光共聚焦获取激光修复后的带材表面粗糙度数值如图2(c)所示，可以看出，在氩气氛围内，激光修复后带材表面粗糙度相对于原始表面粗糙度大幅度地降低，最大降低率为88.1％，表明在氩气氛围中，激光辐照在很大程度上修复了带材表面缺陷。
图3(a)为锆基非晶合金带材的原始表面，图3(b)是在激光平均功率为5.59W、扫描速度900mm/s、扫描次数6次、搭接率为88.4％、氩气氛围的试验条件下获得的激光修复后带材表面，图3(c)为上述试验条件下修复后的带材表面形貌与原始表面形貌的对比图，可以看到，激光修复后带材表面的缺陷明显减少，进一步说明了在氩气氛围内，利用纳秒激光可以明显修复非晶合金带材在制备过程中产生的表面缺陷。
从实例结果可以看出，利用本发明提出的方法，在氩气氛围中通过对单辊法制备的锆基非晶合金带材表面进行激光辐照，使其表面发生重融，可大幅度地修复锆基非晶合金带材的表面缺陷。
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)
1.一种非晶合金带材表面缺陷纳秒激光修复方法，其特征在于：在氩气氛围内对单辊法制备的非晶合金带材表面进行激光辐照，使其表面熔化，熔融的材料填充了表面的划痕、凹坑等，从而修复非晶合金带材表面缺陷；具体步骤包括：
A利用石蜡将非晶合金带材固定在薄铝片上，并用酒精进行清洗，获得光洁表面；
B在氩气氛围内，使用纳秒脉冲激光器对非晶合金带材表面设定区域进行辐照，通过改变激光修复参数,调控带材表面熔融程度，熔融的材料填充带材表面凹坑、划痕等，同时熔融的材料急冷凝固，从而获得较好的表面质量，达到修复带材表面缺陷的效果。
2.根据权利要求1所述的非晶合金带材表面缺陷纳秒激光修复方法，其特征在于：步骤B中所述的纳秒激光修复工艺参数为：激光脉冲宽度为20ns，波长1064nm，重复频率353kHz，光斑直径43μm，激光平均功率5.32～5.96W，扫描速度600～900mm/s，相邻扫描线重叠率53.5％～93.4％。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220708 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |