CN1834176A - 一种用于激光冲击处理的可剥离涂料 - Google Patents

Abstract

一种用于激光冲击处理的可剥离涂料，涉及激光冲击材料加工应用技术与高分子材料领域，由碳粉、粘结剂、自干稀料和添加剂组成，其中碳粉5％～15％，粘结剂50％～70％，自干稀料15％～35％，添加剂2％～5％；涂层涂覆厚度一般为60μm～150μm。将碳粉置于反应容器中，根据配方配比加入粘结剂、自干稀料和添加剂；涂料调制，采用搅拌的方法将涂料调匀，然后用浓度为25％的氨水调节涂料的pH值为7.5。其解决了原有涂层与金属材料粘着能力不强，在连续冲击过程中涂层容易产生剥离，从而金属表面产生烧蚀的缺点，本涂层能有效黏附在金属表面，而且激光连续冲击过程中不会剥离，冲击效果非常理想。

Description

一种用于激光冲击处理的可剥离涂料

技术领域

本发明涉及激光冲击材料加工应用技术与高分子材料领域，特指一种用于激光冲击处理的能量吸收层涂料，其适用于利用激光冲击波的力学效应对材料表面进行连续冲击强化、改性或对金属板材进行冲击成形。

背景技术

激光冲击技术(LSP)是一种具有良好前景的加工手段，其原理是高能量短脉冲激光诱导的冲击波与金属材料相互作用。这一技术已在机械工程、航空航天、汽车工业、船舶工业、核工业、医疗工程、生物工程、微电子、军事等各行各业中得到了广泛应用，目前该技术主要用于材料改性，冲击成型，以及无损检测等方面。

人们在研究激光冲击时，同激光热处理一样在试件表面涂覆一层吸收涂层涂料，以提高对激光能量的吸收，并进行了不同能量吸收层的有无对激光诱导冲击波影响的研究。激光冲击技术中的能量吸收层是指涂覆在受冲击材料表面的一层不透明(对激光有良好的吸收性)物质，其对激光诱导的冲击波起到了吸收作用，约束等离子体的膨胀，从而有效加大了冲击波对受冲击材料的作用时间和作用力。所以能量吸收层技术是激光冲击技术中最为关键的技术之一。

由于涂层材料对所诱导的冲击波压力大小有较大的影响，为此激光冲击中要针对不同的激光波长，采用不同的吸收涂层。对吸收涂层的要求是：(1)对所采用的激光波长要有尽可能高的吸收率；(2)要有低的传导系数和低相变热及离化能；(3)要有合适的厚度，以防止激光对金属靶材的直接汽化烧伤；但又不能太厚，以免对冲击波产生过大的衰减，降低激光冲击效果。

影响涂层对激光能量吸收的因素主要有涂层的材料特性、厚度及其均匀性，涂层材料的种类很多，有聚合物塑料、黑漆、石墨、铅、锌、铋和磷化混合物等，因黑漆、液墨易于涂抹，而成为目前激光冲击处理研究中常用的能量吸收层。涂层厚度从理论上讲应大于等于气化层的厚度。

目前可查阅的国内外文献、专利中的用于激光冲击处理的能量吸收涂层的没有见到报道，其他一些保护涂料如中国专利可剥离的保护涂料(02137364.7)不能经受高功率重复率的激光连续冲击，在冲击过程中涂料容易剥落，从而后续加工中容易使金属表面产生烧蚀，影响激光加工效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种可克服现有技术不足、冲击综合性能良好的、可供实际工业应用的、涂覆方便的用于激光连续冲击处理的碳粉涂料。

本发明的特征是采用碳粉、两种不同组分的粘结剂、自干稀料以及添加剂按照一定配方混合，调匀，形成对激光强烈吸收的涂层。

本发明中能量吸收层涂层组成采用碳粉、粘结剂、自干稀料和添加剂配比调和，其配比成分为：碳粉5％～15％，粘结剂50％～70％，自干稀料15％～35％，添加剂2％～5％，涂层涂覆厚度一般为60μm～150μm。

本发明中，碳粉作为骨料，作为涂料组分之一的粉末状物质，粒径在6微米左右，为涂料提供颜色、遮盖力并使涂料体积增大。在激光冲击处理中黑色碳粉能有效增加激光的吸收，提高激光处理的冲击波压力，增强激光冲击效果。

粘结剂是影响涂层所有性能的一种非常重要的成分，尤其表现在以下方面：附着力及其相关特性，如抗起泡性、抗开裂性和抗剥落性等。本发明中，粘结剂为粘结剂A、粘结剂B或粘结剂A、B的任意重量比组合物，粘结剂A由下列几种物质组成：水、聚乙烯醇、硅氧油、硅酸乙脂、硅氧树脂及添加剂，其重量组成比例为水40％～60％，聚乙烯醇5％～10％，硅氧油5％～10％，硅酸乙脂8％～18％，硅氧树脂8％～18％及添加剂5％～10％，粘结剂A的主要优点是强度高，耐水性好，干燥速度快；粘结剂B由下列几种物质组成：水、聚乙烯醇、甲醛、氢氧化钠、氯化镁、硼砂及添加剂，其重量组成比例为水40％～60％，聚乙烯醇8％～15％，甲醛8％～15％，氢氧化钠5％～10％，氯化镁5％～10％，硼砂5％～10％，添加剂5％～10％，粘结剂B的主要优点是附着强度大、不开裂、不脱落、耐冲击、耐水性好。

本发明中，自干稀料由氨基、醇酸、醋酸乙酯、丁酮或无苯硝漆稀料混合组成，重量配比为2∶2∶3∶1∶1。添加剂含有补强剂、稳定剂、填料、催干剂、消泡剂，起到增加激光吸收的效果。本发明中自干稀料以及添加剂不含苯、甲苯或二甲苯，无毒，无副作用。

本发明中，涂料的制备工艺方法是：

(1)选取优质骨料即微细颗粒碳粉；

(2)将碳粉置于反应容器中，根据配方配比加入粘结剂、自干稀料和添加剂；

(3)涂料调制，采用搅拌的方法将涂料调匀，然后用浓度为25％的氨水调节涂料的PH值为7.5。

本发明中激光吸收涂料在室温下直接干燥，如采用加热或烘干技术可以成倍地提高其干燥速度。而且本发明中激光吸收涂料可以采用喷涂、滚涂或刷涂工艺进行操作处理，激光加工处理后可以人工剥离，去除容易。

本发明的优点如下：

(1)本涂层的最大优点是解决了原有涂层与金属材料粘着能力不强，在连续冲击过程中涂层容易产生剥离，从而金属表面产生烧蚀的缺点，本涂层能有效黏附在金属表面，而且激光连续冲击过程中不会剥离，冲击效果非常理想；

(2)微细颗粒碳粉调成的涂层涂覆在金属表面，使得涂层能被激光强烈吸收，激光吸收率能达到95％以上，涂层的吸收性能大大提高，有效提高激光冲击效果；

(3)本涂层喷涂方便，喷涂效果均匀，涂层的厚度精确可控，工艺稳定；

(4)本涂层能有效的提高激光冲击波的峰压，故能大大改善激光冲击效果；

(5)涂层能快速烘干，减少加工工作时间，提高加工效率；

(6)本涂层剥离方便、快速、彻底、而且剥离过程不会损坏试样表面；

(7)本涂层制作工艺简单，并且成本低廉，操作方便，不仅适用于激光加工，而且可以用于其他加工，可用于大规模的工业化生产。

附图说明

图1涂覆涂层的工件效果图

图2普图涂层激光冲击后表面示意图

图3新型涂层激光冲击效果示意图

图4涂层在金属工件表面剥离后表面示意图

具体实施方法

[实例1]涂层的组分的配比为微细颗粒碳粉10％，粘结剂A55％，其中水、聚乙烯醇、硅氧油、硅酸乙脂、硅氧树脂及添加剂重量组成比例为6∶1∶1∶2∶2∶1，专用自干稀料32％，组分重量配比为2∶2∶3∶1∶1，添加剂3％，其中白炭黑作为补强剂，928钢化涂料稳定剂、白云石凹凸棒粘土作为填料、环烷酸钙作为催干剂、水性涂料消泡剂，组分重量配比为1∶1∶4∶1∶1，涂层涂覆厚度为100μm。其室温下干燥速度为12分钟，在激光功率为2.67GW/cm²，经过激光冲击后板料表面示意图如图-1所示，激光透过约束层水作用在能量吸收层涂层上，能量吸收层瞬间气化、电离、形成高温高压的等离子体产生爆炸，从而产生向金属板料传播的高压冲击波，使得板料变形。较之以前的涂层，激光冲击效果明显，冲击量均匀。

[实例2]涂层的组分的配比为微细颗粒碳粉10％，粘结剂B65％，其中水、聚乙烯醇、甲醛、氢氧化钠、氯化镁、硼砂及添加剂重量组成比例为5∶2∶1∶1∶1∶2∶1，专用自干稀料23％，溶剂重量配比为2∶2∶3∶1∶1，添加剂2％，其中白炭黑作为补强剂，928钢化涂料稳定剂、白云石凹凸棒粘土作为填料、环烷酸钙作为催干剂、水性涂料消泡剂，组分重量配比为2∶1∶4∶2∶1，涂层涂覆厚度为100μm。其室温下干燥速度为10分钟，在激光功率为2.67GW/cm²，经过激光冲击后板料表面示意图如图-3，4所示，此时金属板料表面没有任何烧蚀痕迹，而且当涂层厚度为120μm时，发现冲击效果更明显，这主要是随着能量吸收层厚度增加，激光诱导的冲击波压力增加，板料变形量也随之增加。但当能量吸收层即涂层厚度过大时，板料变形量反而降低，主要原因是过厚的涂层大大衰减了冲击波的压力，导致作用在金属板料上的压力降低，涂层的最佳厚度在60μm～150μm。

Claims (2)

1.一种用于激光冲击处理的可剥离涂料，其特征在于：由碳粉、粘结剂、自干稀料和添加剂组成，其中碳粉5％～15％，粘结剂50％～70％，自干稀料15％～35％，添加剂2％～5％；粘结剂为粘结剂A、粘结剂B或粘结剂A、B的任意重量比的混合物，粘结剂A由下列几种物质组成：水、聚乙烯醇、硅氧油、硅酸乙脂、硅氧树脂及添加剂，其重量组成比例为水40％～60％，聚乙烯醇5％～10％，硅氧油5％～10％，硅酸乙脂8％～18％，硅氧树脂8％～18％及添加剂5％～10％；粘结剂B由下列几种物质组成：水、聚乙烯醇、甲醛、氢氧化钠、氯化镁、硼砂及添加剂，其重量组成比例为水40％～60％，聚乙烯醇8％～15％，甲醛8％～15％，氢氧化钠5％～10％，氯化镁5％～10％，硼砂5％～10％，添加剂5％～10％；自干稀料由氨基、醇酸、醋酸乙酯、丁酮或无苯硝漆稀料混合组成，重量配比为2∶2∶3∶1∶1；添加剂含有补强剂、稳定剂、填料、催干剂、消泡剂。

2、根据权利要求1所述的一种用于激光冲击处理的可剥离涂料，其特征在于：碳粉的粒径在6微米左右。

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