[發(fā)明專利]一種對(duì)金屬板涂層進(jìn)行納秒脈沖激光剝離的方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810962414.0
• 申請(qǐng)日: 2018-08-22
• 公開（公告）號(hào): CN109175709B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦文斌;魏亞飛;吳世凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K26/36
• 分類號(hào): B23K26/36;B23K26/70
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本發(fā)明公開了一種對(duì)金屬板涂層進(jìn)行納秒脈沖激光剝離的方法和系統(tǒng)，上述方法具體為，將納秒脈沖激光器發(fā)出的激光光束通過二維掃描振鏡發(fā)射至待剝離的涂層表面，待剝離涂層通過納秒脈沖激光燒蝕后產(chǎn)生爆炸性熔融反應(yīng)，并在涂層表面產(chǎn)生的高速氣流的帶動(dòng)下脫離金屬板；上述系統(tǒng)包括依次設(shè)置的納秒激光器、傳能光纖、準(zhǔn)直頭和二維掃描振鏡，所述納秒激光器發(fā)出的激光光束依次經(jīng)過傳能光纖、準(zhǔn)直頭和二維掃描振鏡發(fā)射至待剝離的金屬板涂層表面。本發(fā)明所提供的剝離方法與現(xiàn)有剝離方法相比具有更加環(huán)保、過程可控、精度和效率更高且成本更低等優(yōu)勢(shì)，所提供的系統(tǒng)設(shè)計(jì)科學(xué)巧妙且結(jié)構(gòu)合理，應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，更具體地，涉及一種對(duì)金屬板涂層進(jìn)行納秒脈沖激光剝離的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)汽車車身的輕量化，提高車身結(jié)構(gòu)在彎曲和扭轉(zhuǎn)方面的剛性，通過熱成型技術(shù)處理后的高強(qiáng)鋼在汽車工業(yè)中被廣泛使用；但熱成型工藝的溫度高達(dá)900℃，高溫會(huì)使鋼板發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕作用。為了防止這一作用產(chǎn)生，現(xiàn)有技術(shù)多采用在高強(qiáng)鋼鋼板的表層鍍Al-Si涂層工藝，Al-Si涂層在熱成型所達(dá)到的高溫下具有良好的穩(wěn)定性，對(duì)鋼板基材具有良好的防腐作用。

Al-Si涂層雖然對(duì)高強(qiáng)鋼鋼板基材有良好的保護(hù)作用，但對(duì)基材的焊接會(huì)產(chǎn)生不良的影響。在焊接前若不去除涂層的話，在高溫下涂層會(huì)融化并進(jìn)入到熔池中，分布在熔池中的不同位置；而且，在凝固過程中Al元素與Si元素會(huì)發(fā)生局部偏聚現(xiàn)象，在光學(xué)金相中呈現(xiàn)出淺灰色的組織形貌，該組織屬于脆性相，使得焊縫在此處容易發(fā)生脆性斷裂，造成焊接后板材的拉伸性能明顯下降的不良后果，從而對(duì)部件的整體性能產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響，因此在Al-Si涂層高強(qiáng)鋼板焊接前除掉雙面焊接位置涂層就顯得尤為重要。

Al-Si涂層采用機(jī)械方法通常較難去除，如利用顆粒沖擊強(qiáng)迫使涂層開裂，且容易對(duì)基材造成機(jī)械損傷；使用較強(qiáng)無機(jī)酸去除涂層易發(fā)生過腐蝕，減小基材截面，造成降低零件力學(xué)性能的不良后果，且溶液中的NH₄⁺、Mo₇O₂₄^6-和Cr₂O₇^2-等有害離子處理不當(dāng)會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境；使用有機(jī)磺酸、無機(jī)酸和其他氧化、還原試劑的復(fù)雜酸性混合液去除鋁化物涂層，然后用加熱的醋酸將腐蝕產(chǎn)物去除，但此法太過于復(fù)雜，且效率低下；目前采用激光去除涂層的方法需要上千瓦的激光功率，而且在清除涂層的過程中會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的熱效應(yīng)，會(huì)對(duì)需要熱成型處理基材的性能產(chǎn)生不可接受的嚴(yán)重的影響，且成本非常高。

綜上所述，如何在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，開發(fā)設(shè)計(jì)一種清理區(qū)間、位置及厚度可以精確控制且成本較低的對(duì)金屬板涂層進(jìn)行納秒脈沖激光剝離的方法和系統(tǒng)，以滿足現(xiàn)有技術(shù)對(duì)鋁硅涂層的精確可控高效低成本的剝離要求，具有重要的理論和實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種對(duì)金屬板涂層進(jìn)行納秒脈沖激光剝離的方法和系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明一方面提供了一種對(duì)金屬板涂層進(jìn)行納秒脈沖激光剝離的方法，將納秒脈沖激光器發(fā)出的激光光束通過二維掃描振鏡發(fā)射至待剝離的涂層表面，待剝離涂層通過納秒脈沖激光燒蝕后產(chǎn)生爆炸性熔融反應(yīng)，并在涂層表面產(chǎn)生的高速氣流的帶動(dòng)下脫離金屬板。

在上述技術(shù)方案中，所述方法還包括，在納秒脈沖激光燒蝕待剝離涂層后，調(diào)整納秒脈沖激光的頻率，將剝離涂層后產(chǎn)生的氧化物快速氣化并脫離金屬板。

進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，所述納秒脈沖激光為紅外光、可見光或紫外光，所述納秒脈沖激光燒蝕涂層的脈沖寬度、重復(fù)頻率和平均功率分別為30-400ns、2-50KHz和180-200W。

進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，所述納秒脈沖激光氣化氧化物的脈沖寬度、重復(fù)頻率和平均功率分別為30-400ns、2-50KHz和2-15W。

再進(jìn)一步地，在上述技術(shù)方案中，所述激光光束在金屬板上的運(yùn)動(dòng)為二維掃描振鏡的掃描與金屬板的直線移動(dòng)的疊加。