一種提高耐候鋼表面粘附力的激光毛化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種提高耐候鋼表面粘附力的激光毛化方法，是采用納米激光器，在潔凈的耐候鋼表面加工出均勻度一致、且達(dá)到設(shè)定深度凹坑的方法。所述激光器脈寬為240ns，能量密度為34.58J/cm2，重復(fù)頻率100kHz；結(jié)合X—Y掃描振鏡系統(tǒng)，使激光束以0.1～30m/s的速度逐行逐列燒蝕清洗后的耐候鋼表面，激光束重合度達(dá)到66%，加工出凹坑密度400～1600個(gè)/mm2、凹坑深度為h（30μ＜h≤80μm）的粗糙表面，使之具備對油漆的高粘附力效果，大大增強(qiáng)了耐候鋼的耐腐蝕性和美觀性，增加了耐候鋼板的應(yīng)用范圍。所述方法工藝簡單、操作方便、效率高、能耗少、成本低、綠色環(huán)保，且工藝參數(shù)容易控制，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。
【專利說明】
一種提高耐候鋼表面粘附力的激光毛化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種提高耐候鋼表面粘附力的激光毛化方法，具體為一種利用納秒激光對耐候鋼表面進(jìn)行毛化處理，使之易于涂漆的方法，屬激光加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]耐候鋼(又稱:耐大氣腐蝕鋼、考登鋼、耐腐蝕鋼)廣泛應(yīng)用于集裝箱、電廠煙囪、鐵道工程、大型戶外雕塑幕墻等產(chǎn)品。耐候鋼是介于普通鋼和不銹鋼之間的價(jià)廉物美的低合金鋼系列，在融入現(xiàn)代冶金新機(jī)制、新技術(shù)和新工藝后得以可持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新，屬世界超級鋼技術(shù)前沿水平的系列鋼種之一。為了增強(qiáng)耐候鋼的耐腐蝕性和美觀性，在其表面涂漆是一種比較好的方法，傳統(tǒng)涂漆方法是在鋼材表面直接涂漆，或者是鋼表面通過機(jī)械加工，人為增加表面粗糙度，再表面涂漆，然而該方法因鋼表面粗糙度大而增加油漆的用量;若是表面不經(jīng)加工而直接涂漆，則因粗糙度太小，油漆粘附力小，導(dǎo)致漆層易脫落。因此，開發(fā)一種工藝簡單，制備效率高，節(jié)省油漆，且適用于產(chǎn)業(yè)化加工，達(dá)到油漆涂層既附著力高，又節(jié)約用漆效果的表面處理方法勢在必行。
[0003]中國發(fā)明專利《一種壓印超疏水性微納米表面的金屬模具及其激光制備方法》(CN201310498764.3)是用超短脈沖激光燒蝕金屬基材，經(jīng)過激光燒蝕去除，在所述金屬基材的表面得到荷葉微納米結(jié)構(gòu)的對稱負(fù)結(jié)構(gòu)，至此即得到所述金屬模具;所述荷葉微納米結(jié)構(gòu)的對稱負(fù)結(jié)構(gòu)為微米級凹坑和所述微米級凹坑內(nèi)表面的納米級亞結(jié)構(gòu)。然而該方法是采用皮秒或飛秒激光，用于模具鋼(包括熱作模具鋼和冷作模具鋼)、高速鋼或硬質(zhì)合金的表面冷加工處理，所加工出的表面凹坑深度<30μπι，同時(shí)，飛秒激光器造價(jià)昂貴，且重復(fù)頻率較低，因此加工效率低，大大限制了飛秒激光在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。另一方面，由于油漆分子的直徑通常在20?50μπι之間，顯見的是，采用飛秒或皮秒激光這種高精度低效率的加工技術(shù)，不適于耐候鋼表面的相對低精度但需要高效率的凹坑加工要求。研究表明，當(dāng)耐候鋼表面均勻密布的凹坑深度h的適宜值是:30y<h<80ym，且凹坑密度達(dá)到400?1600個(gè)/mm2時(shí)，對油漆的附著力最強(qiáng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是針對【背景技術(shù)】提出問題，設(shè)計(jì)一種提高耐候鋼表面粘附力的激光毛化方法，是采用納米激光器，在潔凈的耐候鋼表面加工出均勻度一致、且達(dá)到設(shè)定深度凹坑的方法。所述激光器脈寬為240ns，單脈沖能量為0.6mJ，折合能量密度為34.58J/cm2，重復(fù)頻率10kHz;所述激光器結(jié)合X—Y掃描振鏡系統(tǒng)，使激光束以1583mm/s的速度逐行逐列燒蝕清洗后的耐候鋼表面，加工出凹坑密度400?1600個(gè)/mm2、凹坑深度為h(30y<h<80ym)的粗糙表面，使之具備對油漆的高粘附力效果，大大增強(qiáng)了耐候鋼的耐腐蝕性和美觀性，增加了耐候鋼板的應(yīng)用范圍。所述方法工藝簡單、操作方便、效率高、能耗少、成本低、綠色環(huán)保，且工藝參數(shù)容易控制，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種提尚耐候鋼表面粘附力的激光毛化方法，是在X—Y掃描振鏡系統(tǒng)上，按設(shè)定掃描速度，利用設(shè)定參數(shù)的納米激光器，在潔凈的耐候鋼表面加工出均勻度一致，且達(dá)到設(shè)定密度以及，設(shè)定凹坑深度的粗糙表面方法;所述方法包括如下步驟:
步驟一:將待處理的耐候鋼表面的浮塵及雜質(zhì)清洗干凈并風(fēng)干，得到表面潔凈的耐候鋼樣品；
步驟二:在X—Y掃描振鏡系統(tǒng)上，由納米激光器對耐候鋼樣品表面進(jìn)行激光掃描處理，加工出凹坑密度400?1600個(gè)/mm2、凹坑深度為h (30μ <h < 80μπι)的粗糙表面；
其特征在于:進(jìn)行激光掃描加工時(shí)，所述納米激光器設(shè)定參數(shù)、X—Y掃描振鏡系統(tǒng)設(shè)定值如下:
激光器輸出激光重復(fù)頻率:(100± 10%)kHz、脈寬:(240± 10%)ns、波長:(1064 土 10%)nm、單脈沖能量為(0.6± 10%)mJ(折合能量密度為34.58± 10%J/cm2);
X—Y掃描振鏡的掃描速度為0.1?30m/s，激光的通斷及振鏡系統(tǒng)的掃描范圍、掃描軌跡和加工速度均由計(jì)算機(jī)程序控制。
[0006]如上所述一種提高耐候鋼表面粘附力的激光毛化方法，其特征在于:進(jìn)行激光掃描加工時(shí)，在X-Y平面控制激光束的偏轉(zhuǎn)，激光光束相對于樣品沿X方向移動(dòng)，通過控制移動(dòng)速度和激光脈沖重復(fù)頻率，使其脈沖重合度達(dá)到(66%± 10%)，完成移動(dòng)掃描加工后，再沿y方向單步步進(jìn)，通過控制步進(jìn)距離，使其光束重合度在y方向達(dá)到(66% ±10%)。
[0007]本發(fā)明有益效果是:
本發(fā)明一種提高耐候鋼表面粘附力的激光毛化方法，采用納米激光器，在潔凈的耐候鋼表面加工出均勻度一致、凹坑深度為h(30y<h<80ym)的粗糙表面，使之具備對油漆的高粘附力效果，大大增強(qiáng)了耐候鋼的耐腐蝕性和美觀性，增加了耐候鋼板的應(yīng)用范圍。所述方法工藝簡單、操作方便、效率高、能耗少、成本低、綠色環(huán)保，且工藝參數(shù)容易控制，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。
【附圖說明】
[0008]圖1是未進(jìn)行表面加工的耐候鋼板表面微觀結(jié)構(gòu)圖；
圖2是經(jīng)過本發(fā)明激光加工后的耐候鋼鋼板表面微觀結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]以下對本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說明，參考附圖耐候鋼板表面未加及加工后的前后對比圖，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換或改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)，本技術(shù)方案中未詳細(xì)述及的，均為公知技術(shù)。
[0010]本發(fā)明一種提高耐候鋼表面粘附力的激光毛化方法，是在X—Y掃描振鏡系統(tǒng)上，按設(shè)定掃描速度，利用設(shè)定參數(shù)的納米激光器，在潔凈的耐候鋼表面加工出均勻度一致，且達(dá)到設(shè)定密度以及，設(shè)定凹坑深度的粗糙表面方法;所述方法包括如下步驟:
步驟一:將待處理的耐候鋼表面的浮塵及雜質(zhì)清洗干凈并風(fēng)干，得到表面潔凈的耐候鋼樣品。
[0011 ]步驟二:在X—Y掃描振鏡系統(tǒng)上，由納米激光器對耐候鋼樣品表面進(jìn)行激光掃描處理，加工出凹坑密度400?1600個(gè)/mm2、凹坑深度h(30y<h<80ym)粗糙表面。再進(jìn)行下一工序的涂漆或其它表面作業(yè)。
[0012]進(jìn)行激光掃描加工時(shí)，所述納米激光器設(shè)定參數(shù)、X—Y掃描振鏡系統(tǒng)設(shè)定值如下:激光器輸出激光重復(fù)頻率:1OOkHz、脈寬:240ns、波長:1064nm、單脈沖能量為0.6mJ(折合能量密度為34.58J/cm2);
本發(fā)明實(shí)施例中，設(shè)定X—Y掃描振鏡的掃描速度為掃描速度為1583mm/s，激光的通斷及振鏡系統(tǒng)的掃描范圍、掃描軌跡和加工速度均由計(jì)算機(jī)程序控制。
[0013]本發(fā)明實(shí)施例中，以選用09CuPCrN1-A耐候鋼板為例，未加工前表面粗糙度Rz為8.4μπι，其化學(xué)成分及機(jī)械性能為 ?0.12%; S1: 0.25%?0.75%;Mn: 0.2%?0.5% ;P: 0.07%?
0.15%；S^0.04%;Cu:0.25%?0.55% ;Cr:0.30%?I.25%;Ni彡0.65%;其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。進(jìn)行激光掃描加工時(shí)，在X-Y平面控制激光束的偏轉(zhuǎn)，激光光束相對于樣品沿X方向移動(dòng)，通過控制移動(dòng)速度和激光脈沖重復(fù)頻率，使其脈沖重合度達(dá)到66%，完成移動(dòng)掃描加工后，再沿y方向單步步進(jìn)，通過控制步進(jìn)距離，使其光束重合度在y方向達(dá)到66%。激光加工完成后，耐候鋼表面粗糙度Rz為30μηι?80μηι。
[0014]對比附圖1和附圖2可以看出，本發(fā)明一種提高耐候鋼表面粘附力的激光毛化方法，采用納米激光器，在潔凈的耐候鋼表面加工出均勻度一致、凹坑深度為Κ30μ<?!<80μm)的粗糙表面，使之具備對油漆的高粘附力效果，大大增強(qiáng)了耐候鋼的耐腐蝕性和美觀性，增加了耐候鋼板的應(yīng)用范圍。所述方法工藝簡單、操作方便、效率高、能耗少、成本低、綠色環(huán)保，且工藝參數(shù)容易控制，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種提高耐候鋼表面粘附力的激光毛化方法，是在X—Y掃描振鏡系統(tǒng)上，按設(shè)定掃描速度，利用設(shè)定參數(shù)的納米激光器，在潔凈的耐候鋼表面加工出均勻度一致，且達(dá)到設(shè)定密度以及，設(shè)定凹坑深度的粗糙表面方法;所述方法包括如下步驟: 步驟一:將待處理的耐候鋼表面的浮塵及雜質(zhì)清洗干凈并風(fēng)干，得到表面潔凈的耐候鋼樣品； 步驟二:在X—Y掃描振鏡系統(tǒng)上，由納米激光器對耐候鋼樣品表面進(jìn)行激光掃描處理，加工出凹坑密度400?1600個(gè)/mm2、凹坑深度h(30y<h<80ym)粗糙表面； 其特征在于:進(jìn)行激光掃描加工時(shí)，所述納米激光器設(shè)定參數(shù)、X—Y掃描振鏡系統(tǒng)設(shè)定值如下: 激光器輸出激光重復(fù)頻率:(100 ±10% )kHz、脈寬:(240 ±10% )ns、波長:(1064 土10%)歷、單脈沖能量為(0.6±10%)11^(折合能量密度為34.58±10%了/0112); X—Y掃描振鏡的掃描速度為0.1?30m/s，激光的通斷及振鏡系統(tǒng)的掃描范圍、掃描軌跡和加工速度均由計(jì)算機(jī)程序控制。2.如權(quán)利要求1所述一種提高耐候鋼表面粘附力的激光毛化方法，其特征在于:進(jìn)行激光掃描加工時(shí)，在X-Y平面控制激光束的偏轉(zhuǎn)，激光光束相對于樣品沿X方向移動(dòng)，通過控制移動(dòng)速度和激光脈沖重復(fù)頻率，使其脈沖重合度達(dá)到(66 %±10%),完成移動(dòng)掃描加工后，再沿y方向單步步進(jìn)，通過控制步進(jìn)距離，使其光束重合度在y方向達(dá)到(66 % ± 10 %)。
【文檔編號】B23K26/352GK105935837SQ201610370271
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】楊奇彪, 肖晨光, 劉頓, 翟中生, 陳列, 婁德元, 彼得
【申請人】湖北工業(yè)大學(xué)