[發(fā)明專利]一種鈦合金表面氧化皮激光清洗方法

在審

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• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107338449A
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周禮君;趙晴;杜楠;吳建云;張弘弘
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類號: C23G5/00
• 分類號: C23G5/00
• 代理公司: 南昌洪達(dá)專利事務(wù)所36111
• 代理人: 張榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光表面處理領(lǐng)域，具體涉及鈦合金表面氧化皮的清洗方法。

背景技術(shù)

鈦及鈦合金具有良好的物理化學(xué)性能，越來越廣泛地被應(yīng)用于各行各業(yè)，特別是航空航天領(lǐng)域。鈦及鈦合金耐蝕性強(qiáng)，一般很難腐蝕。但在一定的環(huán)境下，隨著服役時間的增加，鈦合金表面氧化皮越來越厚并且氧化層分布不均勻。

鈦合金切削性能差，當(dāng)使用機(jī)械打磨時，難以控制加工的深度并且會產(chǎn)生應(yīng)力作用。當(dāng)被打磨的鈦合金形狀、空間分布較復(fù)雜時，機(jī)械打磨更難達(dá)到預(yù)期效果。

鈦合金常用HF-HNO₃腐蝕體系進(jìn)行腐蝕加工。腐蝕過程中會產(chǎn)生大量氮化物氣體，隨著腐蝕的進(jìn)行，腐蝕液中積累的大量金屬離子和氫離子難以處理。當(dāng)鈦合金表面氧化物分布不均勻且鈦合金較薄時，鈦合金板材容易被腐蝕穿透，而鈦合金表面部分氧化皮可能未被完全去除。

表面1~20μm厚氧化皮的鈦合金經(jīng)過激光清洗器清洗后可以再次利用，可以滿足工程應(yīng)用要求，從而達(dá)到環(huán)保高效的要求。同時，通過激光清洗器清洗鈦合金得到的表面光亮潔凈，激光清洗可以替代傳統(tǒng)的前處理工藝。

激光清洗器在清洗過程中，通過設(shè)置激光清洗參數(shù)控制鈦合金表面的能量密度。激光能量密度低、易控制，不會對鈦合金基體材料造成損傷。同時通過設(shè)置激光清洗參數(shù)對1~20μm厚的鈦合金氧化皮進(jìn)行清洗，不會造成基體損傷。

本發(fā)明采用自行設(shè)計的光纖激光清洗器。該清洗器波長1064nm，最大功率100w，頻率20~200KHz，離焦量196mm，清洗速度800~5000mm/sec，清洗間距 0.03~0.15，主要用于去除工件表面的銹跡、高溫氧化皮、油漆或有機(jī)涂層等，也可用于精密模具清洗。該激光清洗器能量分布克服傳統(tǒng)的高斯分布，光束經(jīng)過整形器變換后能量大小分布均勻一致，保證激光照射區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)能量大小相同，從而保證清洗的厚度及清洗后的光亮度、潔凈度一致，避免基體損傷。同時激光的最小聚集光斑為邊長70μm的規(guī)則正方形，清洗時光斑不會重疊或錯位，充分清洗試樣的每個部位。通過設(shè)置激光清洗參數(shù)，可以對1~20μm厚的氧化皮進(jìn)行清洗，清洗能夠得到清潔且光亮的鈦合金表面，不會造成基體損傷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)不足，采用自行設(shè)計的光纖激光清洗器合理地提出一種鈦合金表面氧化皮激光清洗方法，利用自行設(shè)計的激光清洗器，該清洗器光斑為能量均勻分布的正方形，通過調(diào)整激光清洗參數(shù)對1~20μm厚的鈦合金表面氧化皮進(jìn)行清洗，能夠得到光亮、潔凈的鈦合金表面該方法能夠快速得到清洗干凈的鈦合金表面，該表面平整度好、光亮度及潔凈度高，此清洗方法方便快速，適用性強(qiáng)，滿足了多領(lǐng)域的應(yīng)用。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種鈦合金表面氧化皮激光清洗方法，其步驟為：

1）用毛刷將鈦合金表面氧化皮在水中進(jìn)行刷洗，是為了去除鈦合金表面大顆粒物質(zhì)；

2）將步驟1）中的樣置于激光清洗器下，調(diào)整激光清洗器參數(shù)，對鈦合金表面的氧化皮進(jìn)行清洗，其中清洗參數(shù)設(shè)置為：

功率50~100W；

頻率20~100K Hz；

離焦量196mm；

清洗速度800~5000mm/sec;

清洗間距0.03~0.15;

清洗次數(shù)1~3次。

3）將步驟2）中清洗好的樣經(jīng)過水洗5s后，再用酒精擦拭，最后用吹風(fēng)機(jī)吹干即可得到較干凈且光亮的鈦合金表面。利用3D視頻顯微鏡對清洗后的鈦合金表面進(jìn)行觀察未發(fā)現(xiàn)基體損傷。

本發(fā)明按照需求自行設(shè)計出一種激光清洗器，此激光清洗器克服傳統(tǒng)的圓形光斑，設(shè)計出的光斑為邊長70μm的正方形。

本發(fā)明按照需求自行設(shè)計出一種激光清洗器，此激光清洗器能量克服傳統(tǒng)的高斯分布，設(shè)計出的能量密度分布均勻。

本發(fā)明通過設(shè)置激光清洗參數(shù)，可以對1~20μm厚的氧化皮進(jìn)行清洗，清洗能夠得到清潔且光亮的鈦合金表面，不會造成基體損傷。

本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于：提供了一種將鈦合金表面氧化皮有效去除的的激光清洗方法，該方法工藝程序簡單，不使用任何有害化學(xué)藥品。自行設(shè)計的激光清洗器操作簡單、能量分布均勻、工作強(qiáng)度低，易于操作實施。利用該方法清洗可以替代傳統(tǒng)的化學(xué)腐蝕、機(jī)械打磨，此方法得到的鈦合金表面更平整、光亮、潔凈。利用激光清洗鈦合金表面氧化皮有利于建立節(jié)約型與循環(huán)型社會，必將極大推動工業(yè)生產(chǎn)向前發(fā)展。

具體實施方式

實施例1

一種鈦合金表面氧化皮激光清洗方法，其步驟為：