CN115160862B - 一种大型结构复杂型面部位吸收保护层制备与涂覆方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光冲击强化技术领域，具体涉及一种大型结构复杂型面部位吸收保护层制备与涂覆方法。吸收保护层包括粘接层、增塑增韧层、吸光层三种功能层组成。按照各功能层成分比例进行混合、加热融化、搅拌均匀，分别制备成粘性液态的粘接剂、增塑增韧剂、吸光剂；按照粘接剂、增塑增韧剂、吸光剂顺序依次均匀喷涂在大型结构复杂型面部位；冷却凝固成具有层状结构的塑料薄膜，激光冲击强化处理后可一次性撕下。整个吸收保护层的制备与涂覆方法，原理简单、易操作、高效、通用性强，可用于飞机、高铁、核电站等装备大型结构倒角、转角、凹槽、焊缝等复杂型面部位吸收保护层的快速、高质量涂覆，显著提升激光冲击强化的效率和效果。

Description

一种大型结构复杂型面部位吸收保护层制备与涂覆方法
技术领域
本发明涉及激光冲击强化技术领域，具体涉及一种大型结构复杂型面部位吸收保护层制备与涂覆方法。
背景技术
激光冲击强化技术，是利用短脉冲(ns量级)、高功率密度(＞109W/cm2)激光穿过透明约束层，辐照在金属材料表面，其表面贴/涂覆吸收保护层在极短时间内吸收激光能量，产生高温(＞107K)、高压(＞1GPa)的等离子体；等离子体继续吸收激光能量，在约束层的束缚下产生等离子体冲击波(GPa量级)，向金属材料内部传播；冲击波的力效应使材料表层以极高的应变速率(106s-1)产生塑性变形，使表层微观组织发生改变，形成一定深度(mm级)的残余压应力层，从而显著提升抗疲劳、抗应力腐蚀和耐磨性等性能。
吸收保护层的作用，一方面是避免高能激光直接与金属部件相互作用，烧蚀部件表面；另一方面是吸收保护层一般采用铝箔、黑胶带、黑漆等，可提高激光吸收率和冲击波压力，提升激光冲击强化效果。但是，面向大型装备结构时，激光冲击强化处理区域大、且多为倒角、转角、凹槽等复杂型面部位，采用铝箔或黑胶带作为吸收保护层，人工贴覆质量难以保证、且效率很低，大面积激光冲击作用下吸收保护层容易破裂(韧性不足)；如采用黑漆涂覆的方式，虽提高了贴覆强度和效率，但是强化处理后黑漆去除十分困难。因此，针对吸收保护层贴覆质量差、涂覆/去除效率低的技术问题，以及提高其韧性和激光吸收率的需求，急需一种可适用于大型结构复杂型面部位激光冲击强化工艺实施的吸收保护层制备与涂覆方法，从而保证激光冲击强化处理的效果和效率。
发明内容
本发明提供一种大型结构复杂型面部位吸收保护层制备与涂覆方法，以解决上述问题。
本发明的一种大型结构复杂型面部位吸收保护层制备与涂覆方法采用如下技术方案：一种大型结构复杂型面部位吸收保护层，包括粘接层、增塑增韧层和吸光层；
粘接层包括聚氯乙烯树脂和环氧树脂；
增塑增韧层包括聚氯乙烯树脂、邻苯二甲酸二丁脂、马来酸酐接枝相容剂和氯化聚乙烯；
吸光层包括聚氯乙烯树脂、聚乙二醇、石墨和二氧化钛。
进一步地，粘接层中聚氯乙烯树脂和环氧树脂的比例为，聚氯乙烯树脂：环氧树脂＝65：35；
增塑增韧层中聚氯乙烯树脂、邻苯二甲酸二丁脂、马来酸酐接枝相容剂和氯化聚乙烯的比例为，聚氯乙烯树脂：邻苯二甲酸二丁脂：马来酸酐接枝相容剂：氯化聚乙烯＝63：25：8：4；
吸光层中聚氯乙烯树脂、聚乙二醇、石墨和二氧化钛的比例为，聚氯乙烯树脂：聚乙二醇：石墨：二氧化钛＝70：20：5：5。
进一步地，吸收保护层总厚度为0.2mm左右；粘接层、增塑增韧层和吸光层的厚度比例为，粘接层：增塑增韧层：吸光层＝2：5：3。
一种大型结构复杂型面部位吸收保护层的制备与涂覆方法，吸收保护层为上述任意一项所述的吸收保护层；吸收保护层的制备与涂覆方法包括以下步骤：
第一步，将粘接层、增塑增韧层和吸光层按各自成分比例分别加入加热装置进行混合、融化、搅拌，分别形成粘结剂、增塑增韧剂和吸光剂这三种粘性液态物质；
第二步，将第一步形成的三种粘性液态物质分别装入带有加热保温装置的喷壶内，通过高压喷涂装置，按照粘结剂、增塑增韧剂和吸光剂顺序依次均匀喷涂在大型结构复杂型面部位；
第三步，粘结剂、增塑增韧剂和吸光剂冷却凝固成具有层状结构的高强、高韧、高激光吸收率的塑料薄膜状的吸收保护层，在激光冲击强化处理后可一次性将吸收保护层撕下。
本发明的有益效果是：将吸收保护层制备为层状结构，明确了各层的功能和组分，强化了各层自身功能的实现，提高了功能材料成分的利用率；粘接层内加入环氧树脂提高吸收保护层对金属表面的黏附能力；增塑增韧层内加入马来酸酐接枝相容剂和氯化聚乙烯增加冷却后塑料薄膜的塑性和韧性；吸光层内加入石墨和二氧化钛增加冷却后塑料薄膜的激光吸收率；加入邻苯二甲酸二丁脂和聚乙二醇作为粘度调节剂和相容剂。吸收保护层涂覆时，通过分层高压喷涂方式实现大面积、复杂型面部位高质量、均匀涂覆；吸收保护层混合物会快速冷却形成固体薄膜，在激光冲击强化处理后可整体撕下，实现高效去除。整个吸收保护层的制备与涂覆方法，原理简单、易操作、高效、通用性强，可用于飞机、高铁、核电站等装备大型结构倒角、转角、凹槽、焊缝等复杂型面部位吸收保护层的快速、高质量涂覆，显著提升激光冲击强化的效率和效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种大型结构复杂型面部位吸收保护层的结构示意图；
图2为本发明的实施例的喷涂装置的示意图；
图3为本发明的实施例的吸收保护层的制备与涂覆方法；
图中：1、大型结构件；2、曲面部位；3、液态物质；4、喷壶；5、加热保温装置；6、雾化喷嘴；7、软管；8、加压装置；9、吸收保护层；901、粘接层；902、增塑增韧层；903、吸光层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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。
本发明的一种大型结构复杂型面部位吸收保护层的实施例，如图1到图3所示，一种大型结构复杂型面部位吸收保护层，包括粘接层901、增塑增韧层902和吸光层903；
粘接层901包括聚氯乙烯树脂和环氧树脂；
增塑增韧层902包括聚氯乙烯树脂、邻苯二甲酸二丁脂、马来酸酐接枝相容剂和氯化聚乙烯；
吸光层903包括聚氯乙烯树脂、聚乙二醇、石墨和二氧化钛。粘接层901内加入环氧树脂提高吸收保护层9对金属表面的黏附能力；增塑增韧层902内加入马来酸酐接枝相容剂和氯化聚乙烯增加冷却后塑料薄膜的塑性和韧性；吸光层903内加入石墨和二氧化钛增加冷却后塑料薄膜的激光吸收率；加入邻苯二甲酸二丁脂和聚乙二醇作为粘度调节剂和相容剂。
在本实施例中，粘接层901中聚氯乙烯树脂和环氧树脂的比例为，聚氯乙烯树脂：环氧树脂＝65：35；
增塑增韧层902中聚氯乙烯树脂、邻苯二甲酸二丁脂、马来酸酐接枝相容剂和氯化聚乙烯的比例为，聚氯乙烯树脂：邻苯二甲酸二丁脂：马来酸酐接枝相容剂：氯化聚乙烯＝63：25：8：4；
吸光层903中聚氯乙烯树脂、聚乙二醇、石墨和二氧化钛的比例为，聚氯乙烯树脂：聚乙二醇：石墨：二氧化钛＝70：20：5：5。
在本实施例中，吸收保护层9总厚度为0.2mm左右；粘接层901、增塑增韧层902和吸光层903的厚度比例为，粘接层901：增塑增韧层902：吸光层903＝2：5：3。
一种大型结构复杂型面部位吸收保护层的制备与涂覆方法的实施例，吸收保护层9为上述任意一项所述的吸收保护层9；吸收保护层9的制备与涂覆方法包括以下步骤：
第一步，将粘接层901、增塑增韧层902和吸光层903按各自成分比例分别加入加热装置进行混合、融化、搅拌，分别形成粘结剂、增塑增韧剂和吸光剂这三种粘性液态物质3；
第二步，将第一步形成的三种粘性液态物质3分别装入带有加热保温装置5的喷壶4内，通过高压喷涂装置，按照粘结剂、增塑增韧剂和吸光剂顺序依次均匀喷涂在大型结构复杂型面部位2；
第三步，粘结剂、增塑增韧剂和吸光剂冷却凝固成具有层状结构的高强、高韧、高激光吸收率的塑料薄膜状的吸收保护层9，在激光冲击强化处理后可一次性将吸收保护层9撕下。
结合上述实施例，本发明的使用原理和工作过程如下：使用时，先将粘接层901、增塑增韧层902和吸光层903按各自成分比例分别加入加热装置进行混合、融化、搅拌，分别形成粘结剂、增塑增韧剂和吸光剂这三种粘性液态物质3。
然后，将第一步形成的三种粘性液态物质3分别装入带有加热保温装置5的喷壶4内，加压装置8通过软管7对喷壶4进行加压，通过雾化喷嘴6，并按照粘结剂、增塑增韧剂和吸光剂顺序依次均匀喷涂在大型结构件1的复杂型面部位2，以形成吸收保护层9。
最后，粘结剂、增塑增韧剂和吸光剂等液态物质3冷却凝固成具有层状结构的高强、高韧、高激光吸收率的塑料薄膜状的吸收保护层9，在激光冲击强化处理后可一次性将吸收保护层9撕下。
将吸收保护层9制备为层状结构，明确了各层的功能和组分，强化了各层自身功能的实现，提高了功能材料成分的利用率；粘接层901内加入环氧树脂提高吸收保护层9对金属表面的黏附能力；增塑增韧层902内加入马来酸酐接枝相容剂和氯化聚乙烯增加冷却后塑料薄膜的塑性和韧性；吸光层903内加入石墨和二氧化钛增加冷却后塑料薄膜的激光吸收率；加入邻苯二甲酸二丁脂和聚乙二醇作为粘度调节剂和相容剂。吸收保护层9涂覆时，通过分层高压喷涂方式实现大面积、复杂型面部位2高质量、均匀涂覆；吸收保护层9混合物会快速冷却形成固体薄膜，在激光冲击强化处理后可整体撕下，实现高效去除。整个吸收保护层9的制备与涂覆方法，原理简单、易操作、高效、通用性强，可用于飞机、高铁、核电站等装备大型结构倒角、转角、凹槽、焊缝等复杂型面部位2吸收保护层9的快速、高质量涂覆，显著提升激光冲击强化的效率和效果。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，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)

1.一种大型结构复杂型面部位吸收保护层，其特征在于：吸收保护层包括粘接层、增塑增韧层和吸光层；
粘接层包括聚氯乙烯树脂和环氧树脂；
增塑增韧层包括聚氯乙烯树脂、邻苯二甲酸二丁脂、马来酸酐接枝相容剂和氯化聚乙烯；
吸光层包括聚氯乙烯树脂、聚乙二醇、石墨和二氧化钛；
粘接层中聚氯乙烯树脂和环氧树脂的比例为，聚氯乙烯树脂：环氧树脂＝65：35；
增塑增韧层中聚氯乙烯树脂、邻苯二甲酸二丁脂、马来酸酐接枝相容剂和氯化聚乙烯的比例为，聚氯乙烯树脂：邻苯二甲酸二丁脂：马来酸酐接枝相容剂：氯化聚乙烯＝63：25：8：4；
吸光层中聚氯乙烯树脂、聚乙二醇、石墨和二氧化钛的比例为，聚氯乙烯树脂：聚乙二醇：石墨：二氧化钛＝70：20：5：5；
吸收保护层总厚度为0.1mm-0.3mm；粘接层、增塑增韧层和吸光层的厚度比例为，粘接层：增塑增韧层：吸光层＝2：5：3。
2.一种大型结构复杂型面部位吸收保护层的施工方法，其特征在于：吸收保护层为权利要求1所述的吸收保护层；吸收保护层的施工方法包括以下步骤：
第一步，将粘接层、增塑增韧层和吸光层按各自成分比例分别加入加热装置进行混合、融化、搅拌，分别形成粘结剂、增塑增韧剂和吸光剂这三种粘性液态物质；
第二步，将第一步形成的三种粘性液态物质分别装入带有加热保温装置的喷壶内，通过高压喷涂装置，按照粘结剂、增塑增韧剂和吸光剂顺序依次均匀喷涂在大型结构复杂型面部位；
第三步，粘结剂、增塑增韧剂和吸光剂冷却凝固成具有层状结构的高强、高韧、高激光吸收率的塑料薄膜状的吸收保护层，在激光冲击强化处理后可一次性将吸收保护层撕下。
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