[發明專利]一種提高激光黑化效率的方法

在審

• 申請號: 202211084053.7
• 申請日: 2022-09-06
• 公開（公告）號: CN115464254A
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 管迎春;李興;王泉杰
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學合肥創新研究院（北京航空航天大學合肥研究生院）
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/352;B23K26/70
• 代理公司: 北京棘龍知識產權代理有限公司 11740
• 代理人: 張慶龍

本發明涉及一種提高激光黑化效率的方法，包括以下步驟：清洗、輔助氣體吹掃、進行第一階段雙激光合束加工、進行第二階段激光黑化加工。本發明采用兩個階段的激光黑化處理配合輔助氣體，微結構表面產生大量納米尺度的氧化物，且表面產生微納尺度的凸起復合結構，顯著降低了光學反射率，同時提高了黑化效率。

技術領域

本發明涉及表面處理技術領域，尤其涉及一種提高高反金屬表面激光黑化效率的方法。

背景技術

金屬激光黑化處理是指利用脈沖激光束在金屬表面多次循環掃描加工，從而顯著提高表面對不同波段光的吸收率，在新能源、軍事等領域具有廣泛的應用需求。

然而，對于銅、鋁、鈦等高反金屬材料，材料本身對激光具有較大的反射率，激光黑化處理初期只有少部分激光能量被吸收。激光黑化時，通常需要激光束多次循環掃描加工后，表面黑化程度增大，對激光吸收率提高，進一步黑化處理時材料去除效率才能得到明顯提升。相較于皮秒和飛秒超快激光，納秒激光加工的成本優勢顯著。然而，由于納秒激光單脈沖能較低，在激光黑化加工初期由于材料對激光低吸收率導致的加工效率降低問題亟待解決。進一步提高納秒激光黑化處理的效率對于推動這一技術的廣泛具有重要意義。

因此，需要一種能夠提高高反金屬納秒激光黑化效率的方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的現狀提供一種提高高反金屬激光黑化效率的方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：

一種提高激光黑化效率的方法，包括以下步驟：

a、取待黑化處理的高反金屬構件，對待黑化區域進行清洗；

b、將所述高反金屬構件置于雙光源激光系統加工平面，所述雙光源激光系統包括準連續激光光源以及納秒激光光源；

c、向待加工區域吹掃輔助氣體，所述輔助氣體為工業純氧或含氧量≥35％的混合氣體；

d、進行第一階段激光黑化加工：采用準連續激光與納秒激光的合束加工，設置相應的加工參數，加工次數為n次，n的取值范圍為2-10；

e|、進行第二階段激光黑化加工：采用納秒激光單獨加工，設置相應的加工參數，加工次數為m次，m的取值范圍4-40。

進一步優選的，所述步驟d、e的加工次數滿足下式：n＜m，且m+n≤30。

優選的，所述高反金屬構件為鋁、銅、鈦等金屬材料。

優選的，所述步驟a的清潔使用酒精等有機溶劑。

優選的，所述步驟b的所述雙光源激光系統的兩種光源采用同一振鏡系統，從而實現兩種光源的合束或單獨加工。

優選的，所述步驟c的所述混合氣體除了氧氣，還包括氮氣、二氧化碳、氬氣等中的至少一種氣體。

優選的，步驟c的所述混合氣體的含氧量≥55％；進一步優選的，所述混合氣體的含氧量≥60％。進一步優選的，所述混合氣體的含氧量為≥75％。

優選的，所述步驟c的所述輔助氣體的流量范圍為2-50L/min，保證加工區域能夠得到輔助氣體的充分吹掃。進一步優選的，所述步驟c的所述輔助氣體的流量范圍為5-30L/min。

優選的，所述步驟d的準連續激光的加工參數為：激光功率為200-3000W，最小脈沖寬度為10-1000ms，占空比為5％-100％；納秒激光參數為：激光功率為20-1200w，重復頻率1-70kHz，脈沖寬度1-200ns；合束加工的加工參數為：光斑直徑為20-100μm，填充線間距為10-120μm，掃描速率為10-500mm/s。