RU2708720C1 - Method of producing a coating which absorbs laser radiation and a composition for applying it - Google Patents
Method of producing a coating which absorbs laser radiation and a composition for applying it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2708720C1 RU2708720C1 RU2019106866A RU2019106866A RU2708720C1 RU 2708720 C1 RU2708720 C1 RU 2708720C1 RU 2019106866 A RU2019106866 A RU 2019106866A RU 2019106866 A RU2019106866 A RU 2019106866A RU 2708720 C1 RU2708720 C1 RU 2708720C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- composition
- laser radiation
- alumina
- suspension
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к получению покрытия, поглощающего лазерного излучение, применяемого при лазерной обработке материалов, в том числе керамических, включающей формирование отверстий и резку.The invention relates to the production of a coating that absorbs laser radiation used in laser processing of materials, including ceramic, including the formation of holes and cutting.
Одной из проблем лазерной обработки материалов является потеря энергии вследствие отражений лазерного луча от поверхности. Для устранения данного недостатка необходимо повышать поглощающую способность материалов, например путем изменения шероховатости поверхности или образования оксидных пленок. Наиболее эффективным является способ нанесения поглощающих покрытий.One of the problems of laser processing of materials is energy loss due to reflections of the laser beam from the surface. To eliminate this drawback, it is necessary to increase the absorption capacity of materials, for example, by changing the surface roughness or the formation of oxide films. The most effective is the method of applying absorbent coatings.
Известно поглощающее покрытие (а.с. №1033520, С09К 3/00, опубл. 07.08.93, Бюл. №29), включающее окись цинка, метилцеллюлозу, силикат щелочного металла, воду, поверхностно активные вещества, пенногаситель, краситель или пигмент. Способ получения покрытия включает приготовление состава смешением ингредиентов до однородной консистенции, нанесение кистью или пневмораспылением на детали из стали без предварительной обработки поверхности при комнатной температуре. Толщина покрытия 20-100 мкм, оптимальная толщина 30-50 мкм. Детали после нанесения высушиваются в течение 30 мин при комнатной температуре и подвергаются лазерной обработке. Недостатком покрытия, получаемого данным способом является сложность состава, низкая адгезия к полированной поверхности, при охлаждении данное покрытие будет сдуваться воздушной струей.Known absorbent coating (and.with. No. 1033520, C09K 3/00, publ. 07.08.93, Bull. No. 29), including zinc oxide, methyl cellulose, alkali metal silicate, water, surface-active substances, antifoam, dye or pigment. A method of obtaining a coating includes preparing the composition by mixing the ingredients to a uniform consistency, applying by brush or pneumatic spraying onto steel parts without preliminary surface treatment at room temperature. The coating thickness is 20-100 microns, the optimum thickness is 30-50 microns. Parts after application are dried for 30 minutes at room temperature and are laser treated. The disadvantage of the coating obtained by this method is the complexity of the composition, low adhesion to the polished surface, when cooled, this coating will be blown away by an air stream.
Известен способ получения покрытия (патент РФ №2467094, С23С 18/36, C23F 1/00, G02B 1/11, опубл. 20.11.2012, Бюл. №32), включающий последовательное проведение операций химической подготовки поверхности, нанесение никелевого покрытия из раствора, содержащего ионы никеля и гипофосфит-ионы, и последующее чернение полученного никелевого покрытия, в три стадии, первую и третью стадии которого осуществляют в водном растворе травителя, содержащем азотную кислоту, ортофосфорную кислоту и уксусную кислоту, а вторую - в водном растворе травителя, содержащем сульфат церия и соляную кислоту. Недостатком данного способа получения покрытия является узкая область применения и ухудшение качества поверхности вследствие воздействия кислот.A known method for producing a coating (RF patent No. 2467094, C23C 18/36, C23F 1/00, G02B 1/11, publ. 11/20/2012, Bull. No. 32), including sequential chemical surface preparation operations, applying a nickel coating from a solution containing nickel ions and hypophosphite ions, and the subsequent blackening of the obtained nickel coating, in three stages, the first and third stages of which are carried out in an aqueous solution of an etchant containing nitric acid, phosphoric acid and acetic acid, and the second in an aqueous solution of an etchant containing sulphate cer I and hydrochloric acid. The disadvantage of this method of coating is a narrow scope and deterioration of surface quality due to exposure to acids.
Наиболее близким по технической сути и назначению к заявляемому изобретению является поглощающее покрытие и способ его получения, описанный в патенте (патент РФ №2615851, С23С 28/00, G02B, опубл. 11.04.2017, Бюл. №11). Согласно данному патенту поглощающее покрытие состоит из двух слоев, первый слой содержит смесь органического связующего лак АС-82 с сажей в объемном соотношении 3:1 и имеет толщину 30…40 мкм, а второй слой содержит смесь органического связующего лак АС-82 с растворителем Р-647 в объемном соотношении 1:3…4 и имеет толщину 3…5 мкм. Покрытие используется для обработки металлической поверхности СО2-лазером, а нанесение его включает подготовку металлической поверхности, обезжиривание, нанесение первого слоя пульверизатором или кистью, сушку его, нанесение второго слоя окунанием и сушку.The closest in technical essence and purpose to the claimed invention is an absorbent coating and the method for its preparation described in the patent (RF patent No. 2615851, С23С 28/00, G02B, publ. 04/11/2017, Bull. No. 11). According to this patent, the absorbent coating consists of two layers, the first layer contains a mixture of organic binder varnish AC-82 with carbon black in a volume ratio of 3: 1 and has a thickness of 30 ... 40 μm, and the second layer contains a mixture of organic binder varnish AC-82 with solvent R -647 in a volume ratio of 1: 3 ... 4 and has a thickness of 3 ... 5 microns. The coating is used to treat the metal surface with a CO 2 laser, and applying it includes preparing the metal surface, degreasing, applying the first layer with a spray gun or brush, drying it, applying the second layer by dipping and drying.
Недостатком данного покрытия является трудноудалимость его компонентов с поверхности после лазерной обработки, а наличие компонента сажи обуславливает появление различных дефектов на поверхности в виде темных пятен, прижогов. Кроме того покрытие этого состава нельзя использовать для керамических материалов, вследствие пористости их поверхности, что повлечет при оплавлении внедрение сажи в модифицированный слой керамики. Использование способа нанесения окунанием дает большую неравномерность слоя по толщине.The disadvantage of this coating is the difficulty of removing its components from the surface after laser treatment, and the presence of a soot component causes the appearance of various defects on the surface in the form of dark spots, burns. In addition, the coating of this composition cannot be used for ceramic materials, due to the porosity of their surface, which will entail the introduction of soot into the modified ceramic layer during reflow. Using the method of applying by dipping gives a large unevenness of the layer in thickness.
Основная задача заявленного изобретения заключается в создании способа получения эффективного поглощающего покрытия, применяемого при формировании отверстий в полированных материалах, в том числе керамических, лазерным излучением.The main objective of the claimed invention is to create a method of obtaining an effective absorbent coating used in the formation of holes in polished materials, including ceramic, by laser radiation.
Техническим результатом является повышение качества формирования прецизионных отверстий в полированных материалах, в том числе керамических, лазерным излучением.The technical result is to increase the quality of the formation of precision holes in polished materials, including ceramic, by laser radiation.
Данный результат достигается тем, что в способе получения покрытия, поглощающего лазерное излучение, заключающемся в нанесении на очищенную поверхность поглощающего состава с последующем высушиванием, очистку поверхности проводят кипячением в хромовой смеси, затем на очищенную поверхность наносят поглощающий состав в виде суспензии, которую получают смешиванием глинозема и акрилового лака, одним слоем методом центрифугирования и высушивают состав в печи с постепенным подъемом температуры.This result is achieved by the fact that in the method of producing a coating that absorbs laser radiation, which consists in applying an absorbing composition to a cleaned surface, followed by drying, the surface is cleaned by boiling in a chromium mixture, then an absorbing composition is applied to the cleaned surface in the form of a suspension, which is obtained by mixing alumina and acrylic varnish, in a single layer by centrifugation and the composition is dried in an oven with a gradual increase in temperature.
Состав для нанесения покрытия, поглощающего лазерное излучения, включающий поглощающее вещество и связующий компонент, представляет суспензию, в которой в качестве поглощающего вещества использован глинозем, измельченный до мелкодисперсного состояния, а в качестве связующего компонента использован акриловый лак, предварительно доведенный до рабочей вязкости растворителем, смешанные в соотношении 1:2 объемных частей.The composition for applying a coating that absorbs laser radiation, including an absorbing substance and a binder component, is a suspension in which alumina, crushed to a finely dispersed state, is used as an absorbing substance, and acrylic varnish, previously adjusted to a working viscosity with a solvent, is used as a binder, mixed in a ratio of 1: 2 volume parts.
В отличие от прототипа, в котором в качестве поглощающего вещества применяется сажа, в предлагаемом покрытии был взят глинозем в порошкообразном состоянии, позволяющий проводить прошивку отверстий в полированных поверхностях, в том числе керамических, оптоволоконным лазером с длиной волны 1,06 мкм. Глинозем - это термостойкий материал с температурой плавления 2010°С, не загрязняющий обрабатываемые поверхности. Порошкообразное состояние глинозема в сочетании с мелкодисперсным гранулометрическим составом обеспечивают высокую поглощающую способность, а также сохранение чистоты поверхности в процессе лазерной обработки.Unlike the prototype, in which carbon black is used as an absorbing substance, alumina in a powder state was taken in the proposed coating, which allows piercing holes in polished surfaces, including ceramic, with a fiber optic laser with a wavelength of 1.06 μm. Alumina is a heat-resistant material with a melting point of 2010 ° C, not polluting the treated surfaces. The powdered state of alumina in combination with finely dispersed particle size distribution provides high absorption capacity, as well as maintaining surface cleanliness during laser processing.
В качестве жидких веществ был взят акриловый лак, обеспечивающий высокую адгезию к керамической поверхности и легкое удаление после обработки замачиванием в ацетоне.Acrylic varnish was taken as a liquid substance, providing high adhesion to the ceramic surface and easy removal after treatment by soaking in acetone.
Покрытие получают путем нанесения на предварительно очищенную поверхность суспензии, подготовка которой включает измельчение порошка глинозема до мелкодисперсного состояния с размером частиц до 1-2 мкм и смешивание с акриловым лаком, предварительно доведенным до рабочей вязкости растворителем, в соотношении 1:2, что обеспечивает равномерное распределение глинозема.The coating is obtained by applying a suspension to a pre-cleaned surface, the preparation of which involves grinding alumina powder to a finely dispersed state with a particle size of 1-2 microns and mixing with acrylic varnish, previously adjusted to a working viscosity with a solvent, in a ratio of 1: 2, which ensures uniform distribution alumina.
В отличие от прототипа нанесение покрытия проводится одним слоем методом центрифугирования, что обеспечивает высокую равномерность толщины по всей поверхности. А сушку проводят ступенчато в печи с постепенным подъемом температуры, что позволяет обеспечить равномерное, высыхание покрытия с меньшими внутренними напряжениями.In contrast to the prototype, the coating is carried out in a single layer by centrifugation, which ensures high uniformity of thickness over the entire surface. And drying is carried out stepwise in a furnace with a gradual increase in temperature, which allows for uniform, drying of the coating with lower internal stresses.
Предложенный способ получения поглощающего лазерное излучение покрытия и состав для его осуществления поясняется конкретным примером.The proposed method for producing a laser-absorbing coating and the composition for its implementation is illustrated by a specific example.
ПримерExample
Поглощающее покрытие, для лазерной обработки керамической поверхности импульсным иттербиевым оптоволоконным лазером с диодной накачкой, получают следующим образом. В начале приготавливают суспензию путем измельчения в шаровой мельнице исходного кристаллического порошка глинозема, в качестве которого применялся глинозем неметаллургический марки ГН (ГОСТ 30559-98), до мелкодисперсного состояния с размером частиц 1-2 мкм и смешивания его с акриловым лаком, в качестве которого применялся лак АК-113 (ГОСТ 23832-79), предварительно доведенным до рабочей вязкости растворителем, например ацетоном, в объемном соотношении 1:2, тщательно перемешивают до однородной консистенции, затем очищают полированную до шероховатости Rz 0,1 мкм поверхность, например из керамического материала ВК 100-1, кипячением в хромовой смеси, например на основе калия двухромовокислого и серной кислоты, и наносят суспензию методом центрифугирования, после нанесения покрытие высушивают в печи ступенчато при постепенном подъеме температуры в течение (5-10) мин.An absorbing coating for laser processing of a ceramic surface by a pulsed diode-pumped ytterbium-doped fiber laser is obtained as follows. First, a suspension is prepared by grinding in a ball mill the initial crystalline powder of alumina, which was used non-metallurgical alumina grade GN (GOST 30559-98), to a finely dispersed state with a particle size of 1-2 microns and mixing it with acrylic varnish, which was used AK-113 varnish (GOST 23832-79), previously adjusted to a working viscosity with a solvent, for example acetone, in a volume ratio of 1: 2, mix thoroughly to a homogeneous consistency, then clean the polished to a rough R z 0.1 μm surface, for example, of VK 100-1 ceramic material, by boiling in a chromium mixture, for example, based on potassium dichromate and sulfuric acid, and the suspension is applied by centrifugation, after application, the coating is dried in a furnace stepwise with a gradual increase in temperature flow (5-10) minutes
Оптимальные пропорции компонентов, входящих в суспензию, были подобраны экспериментально. Для получения состава суспензии с требуемыми свойствами пропорции компонентов должны быть следующими:The optimal proportions of the components included in the suspension were selected experimentally. To obtain the composition of the suspension with the required properties, the proportions of the components should be as follows:
- глинозем ГН - 1 объемная часть,- GN alumina - 1 volumetric part,
- лак АК-113 (разбавленный до рабочей вязкости растворителем) - 2 объемные части.- AK-113 varnish (diluted to a working viscosity with a solvent) - 2 volume parts.
Изменения указанных пропорций ухудшает свойства суспензии: если увеличивать долю глинозема ГН, то суспензия загущается и, следовательно, затрудняется ее растекание при нанесении на обрабатываемую поверхность, также неоправданно повышается расход глинозема ГН-1; если увеличивать, долю лака АК-113, то на поверхности обрабатываемой детали образуется неравномерный по толщине слой суспензии.Changes in the indicated proportions worsen the properties of the suspension: if the proportion of GN alumina is increased, the suspension thickens and, therefore, its spreading is difficult when applied to the treated surface, the consumption of GN-1 alumina also unreasonably increases; if you increase the proportion of AK-113 varnish, then a suspension layer uneven in thickness forms on the surface of the workpiece.
Результаты применения поглощающего покрытия (с различным объемным соотношением компонентов в суспензии) для формирования отверстий в материале ВК 100-1 импульсным иттербиевым оптоволоконным лазером с мощностью излучения 1600 Вт приведены в таблице 1.The results of using an absorbing coating (with a different volume ratio of components in suspension) for forming holes in a VK 100-1 material by a pulsed ytterbium fiber optic laser with a radiation power of 1600 W are shown in Table 1.
Таким образом, покрытие, получаемое с помощью предлагаемого способа, обладает высокой поглощающей способностью излучения, хорошей теплопроводностью и термической стойкостью, высокой адгезией к полированной поверхности, легкостью снятия с поверхности, технологичностью, а также обладает и защитными свойствами, так как обеспечивает формирование отверстий без грата и сколов по всему периметру отверстий и не загрязняет обрабатываемую поверхность.Thus, the coating obtained using the proposed method has a high absorbing ability of radiation, good thermal conductivity and thermal stability, high adhesion to a polished surface, ease of removal from the surface, manufacturability, and also has protective properties, as it provides the formation of holes without burrs and chips around the perimeter of the holes and does not contaminate the surface.
После лазерной обработки покрытие легко снимается с поверхности замачиванием в ацетоне.After laser treatment, the coating is easily removed from the surface by soaking in acetone.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019106866A RU2708720C1 (en) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | Method of producing a coating which absorbs laser radiation and a composition for applying it |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019106866A RU2708720C1 (en) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | Method of producing a coating which absorbs laser radiation and a composition for applying it |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2708720C1 true RU2708720C1 (en) | 2019-12-11 |
Family
ID=69006690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019106866A RU2708720C1 (en) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | Method of producing a coating which absorbs laser radiation and a composition for applying it |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2708720C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1033520A1 (en) * | 1981-02-23 | 1983-08-07 | Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Технологии Автомобильной Промышленности | Absorbing coating |
| US4496608A (en) * | 1984-03-02 | 1985-01-29 | Xerox Corporation | P-Glass reflow technique |
| RU2275719C1 (en) * | 2004-09-06 | 2006-04-27 | ФГУП "Центральное конструкторское бюро автоматики" | Radio-absorbing material |
| WO2016033391A1 (en) * | 2014-08-29 | 2016-03-03 | Candela Corportion | Device for reducing optical feedback into laser amplifier |
| RU2615851C2 (en) * | 2014-05-13 | 2017-04-11 | Негосударственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Сибирская академия права, экономики и управления" (НОУ ВПО САПЭУ) | Laser radiation absorbing coating and method for production thereof |
-
2019
- 2019-03-11 RU RU2019106866A patent/RU2708720C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1033520A1 (en) * | 1981-02-23 | 1983-08-07 | Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Технологии Автомобильной Промышленности | Absorbing coating |
| US4496608A (en) * | 1984-03-02 | 1985-01-29 | Xerox Corporation | P-Glass reflow technique |
| RU2275719C1 (en) * | 2004-09-06 | 2006-04-27 | ФГУП "Центральное конструкторское бюро автоматики" | Radio-absorbing material |
| RU2615851C2 (en) * | 2014-05-13 | 2017-04-11 | Негосударственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Сибирская академия права, экономики и управления" (НОУ ВПО САПЭУ) | Laser radiation absorbing coating and method for production thereof |
| WO2016033391A1 (en) * | 2014-08-29 | 2016-03-03 | Candela Corportion | Device for reducing optical feedback into laser amplifier |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1871566B1 (en) | Method for finely polishing/structuring thermosensitive dielectric materials by a laser beam | |
| DE19748461B4 (en) | A slurry coating composition for application to a metallic substrate, associated methods and use of the coating composition | |
| CN103619778A (en) | Ceramic particle mixture and method for producing ceramic parts from such a mixture | |
| DE69629756T2 (en) | Laser processing of glass ceramic materials | |
| US11839934B1 (en) | Method for preparing super-hydrophobic aluminum alloy surface through flat-topped laser peening | |
| RU2708720C1 (en) | Method of producing a coating which absorbs laser radiation and a composition for applying it | |
| DE2060515C3 (en) | Stimulable rod-shaped glass medium with improved heat dissipation and method for its manufacture | |
| DE2630949B2 (en) | Process for applying a thin, firmly adhering non-stick coating to surfaces made of metal or a material that can withstand a temperature of at least 220 degrees Celsius over the long term | |
| KR20090004565A (en) | Component with a ceramic coating into which particles are embedded and method for producing said component | |
| CN110405196B (en) | Preparation method of ferrite/reducing metal composite particles and method for preparing high-temperature stealth coating based on laser 3D printing | |
| JPH0672250B2 (en) | Easy-peeling laser light antireflection coating agent | |
| Wang et al. | Mechanism and parametric control of laser-layered paint removal for aircraft skin | |
| Song et al. | Comparative study of infrared nanosecond laser surface paint removal for carbon fiber reinforced polymer and glass fiber reinforced polymer | |
| KR101437384B1 (en) | The method for removing lacquer and soot of lacquer gilding surface by Nd:YAG Laser | |
| WO2015055822A1 (en) | Method for producing a completely or partially enameled component | |
| DE102011003977A1 (en) | Protective coating especially for aerospace components and their manufacture | |
| Zhang et al. | Picosecond laser machining of deep holes in silicon infiltrated silicon carbide ceramics | |
| DE102016224127A1 (en) | Method for coating a substrate | |
| RU2615851C2 (en) | Laser radiation absorbing coating and method for production thereof | |
| Ezz et al. | Combined laser/sol–gel synthesis of Si/O/C coatings on mild steel | |
| CN116143548B (en) | Method for preparing reflection-increasing film based on laser processing reaction sintering silicon carbide | |
| DE102021203254B4 (en) | Process for the fluid-tight sealing of surfaces of components which are formed from a ceramic fiber composite material in which ceramic fibers or carbon fibers are embedded by sintering in a matrix formed from ceramic material | |
| CH705517B1 (en) | Test specimen for use in a material testing device. | |
| EP4368852A1 (en) | Method for manufacturing friction units | |
| Bi et al. | Comparison and Improvement of Millisecond Pulsed Laser and Nanosecond Pulsed Laser for Cleaning to Remove Paint Coating from Aluminum Alloy Surface |