一种去除金属表面隐身涂层的高能短脉冲激光加工方法技术

本发明专利技术属于激光加工技术，涉及一种去除金属表面隐身涂层的高能短脉冲激光加工方法。在隐身涂层表面覆盖一层与所用激光波长相匹配的膜，利用高能短脉冲激光照射膜，通过控制激光参数、搭接率和扫描路径对隐身涂层表面进行激光扫描处理，然后去掉膜，再将隐身涂层从金属构件表面快速剥离去除。本发明专利技术针对铝合金、钛合金或钢等零件表面的隐身涂层的去除要求，可去除大面积的涂层，对金属基体影响小，具有精度高、可控性好、绿色环保、快速高效等优点，适用性广。该技术还可在模具加工、汽车维修、涂层生产等领域应用，前景广阔。

A high energy short pulse laser processing method for removing metal surface stealth coating

The invention belongs to laser processing technology and relates to a high-energy short pulse laser processing method for removing stealth coating on metal surface. The stealth coating was coated with a film matching the laser wavelength. The stealth coating was irradiated by high-energy short-pulse laser. The surface of the stealth coating was scanned by laser through controlling the laser parameters, lapping rate and scanning path. Then the film was removed and the stealth coating was stripped off from the surface of metal components. According to the requirements of removing stealth coatings on the surfaces of aluminum alloy, titanium alloy or steel and other parts, the invention can remove large-area coatings, has little influence on the metal matrix, has the advantages of high precision, good controllability, green environmental protection, fast and high efficiency, and has wide applicability. The technology can also be applied in the fields of mould processing, automobile maintenance, coating production and so on, and has broad prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种去除金属表面隐身涂层的高能短脉冲激光加工方法
本专利技术属于激光加工技术，涉及一种去除金属表面隐身涂层的高能短脉冲激光加工方法。
技术介绍
高性能先进飞机的表面通常覆盖一层较厚的隐身涂层，该涂层为无机物添加改性的有机涂层，不透光，厚度超过0.1mm，具有吸波、减少红外辐射等作用，可减少飞机被雷达和红外线追踪仪发现的几率。由于该涂层涂覆在飞机外表面，受到高速气流的冲刷，因此要求涂层与飞机金属构件表面具有较高的结合力。同时，由于气流冲刷和外物撞击等因素作用，涂层在服役一段时间后将失效，应及时维修或更换，需要将涂层快速剥离去除后，再涂覆新涂层。目前，去除这种隐身涂层的方法一般有两种：一种是采用人工砂纸打磨去除的方法，该方法具有操作简单、适用性广等优点，但是人工成本消耗大，且存在过程不可控、易损伤金属表面等缺点，也不适合针对飞机外表面大面积涂层的去除；另一种是采用激光烧蚀去除方法，该方法可精准去除涂层，但是在操作现场会产生明火和大量烟尘，存在失火的风险，且对环境污染较大。
技术实现思路
本专利技术正是针对上述隐身涂层去除需求而设计提供了一种去除金属表面隐身涂层的高能短脉冲激光加工方法。本专利技术解决上述问题的技术方案是：在隐身涂层表面覆盖一层与所用激光波长相匹配的膜，利用高能短脉冲激光照射膜，通过控制激光参数、搭接率和扫描路径对隐身涂层表面进行激光扫描处理，然后去掉膜，再将隐身涂层从金属构件表面快速剥离去除；具体工艺步骤如下：(1)在金属构件无涂层的背面粘贴减震材料，并固定在机器人的夹具上，将带隐身涂层的一面对准激光出光口；(2)在隐身涂层表面形成一层厚度均匀的膜，膜为固态时，将膜粘贴在膜的隐身涂层表面，厚度为0.5mm～10mm，膜为液态时，液体喷口置于激光光斑的上方，使激光光斑处形成厚度均匀的流动液膜，厚度为0.5mm～5mm；(3)采用直径为Φ1mm～Φ25mm的圆形聚焦光斑或者边长为1mm～20mm的方形聚焦光斑照射膜，激光脉冲宽度为1ns～50ns，频率1Hz～10Hz，激光光束与膜表面的夹角为45°～90°，激光脉冲的峰值功率密度达到0.1MW/cm2以上，光斑搭接率≤70％，当搭接率为0时，相邻两个光斑边缘相切，光斑扫描方式为逐点、逐列或逐层扫描，直至待去除的隐身涂层区域被完全扫描辐照一次；(4)关闭激光出光口，去掉膜，从激光扫描区域的边缘将隐身涂层剥下；(5)若隐身涂层无法剥离，重复上述步骤(1)～(4)，直至隐身涂层被完全去除。所述金属构件的材质为铝合金、钛合金或钢中的任一种。所述隐身涂层为无机物添加改性的有机涂层，涂层不透光，涂层厚度大于0.1mm。所述减震材料为橡胶、海绵、树脂、金属等材料。所述膜的材质为水、硅油、玻璃、PVC、丙烯酸合成树脂或丁苯透明树脂中的任一种。本专利技术的优点在于：本专利技术采用激光去除金属表面的隐身涂层，是一种环境友好的新型表面清洁技术。本专利技术利用激光的力学效应，通过高能(≥106W/cm2)、短脉冲(纳秒级)激光束穿过不吸收激光的膜层照射涂层，使涂层表面瞬间汽化产生等离子冲击波，再利用膜层的表面张力或自身的刚性对等离子冲击波的约束作用，使金属表面发生弹性变形，从而破坏涂层与金属间的结合力，实现涂层从金属剥离的目标。相比于传统的砂纸打磨或激光烧蚀的方法，该技术具有精度高、可控性好、对基体损伤小、绿色环保、快速高效等优点。本专利技术针对铝合金、钛合金或钢等零件表面的隐身涂层的去除要求，可去除大面积的涂层，对金属基体影响小，具有精度高、可控性好、绿色环保、快速高效等优点，适用性广。该技术还可在模具加工、汽车维修、涂层生产等领域应用，前景广阔。附图说明图1为本专利技术的原理图。具体实施方式在隐身涂层2表面覆盖一层膜3，利用高能短脉冲激光照射膜3，通过控制激光参数、搭接率和扫描路径对膜3进行激光扫描处理，然后去掉膜3，再将隐身涂层从金属构件1表面快速剥离去除。具体工艺步骤如下：(1)在金属构件1无涂层的背面粘贴减震材料5，并固定在机器人的夹具上，将带隐身涂层2的一面对准激光出光口4；在加工过程中，激光光束相对地面不动，金属构件1被机器人夹持相对地面移动，从而实现激光光束在金属构件1表面的扫描。(2)在隐身涂层2表面形成一层厚度均匀的膜3，膜3为固态时，将膜粘贴在隐身涂层2表面，厚度为0.5mm～10mm，应确保膜3与表面无空隙，膜3为液态时，液体喷口置于激光光斑的上方，液体在重力作用下向下流动，使激光光斑处形成厚度均匀的流动液膜，厚度为0.5mm～5mm。(3)采用直径为Φ1mm～Φ25mm的圆形聚焦光斑或者边长为1mm～20mm的方形聚焦光斑照射膜3，激光脉冲宽度为1ns～50ns，频率1Hz～10Hz，激光光束与膜3表面的夹具为45°～90°，峰值功率密度达到0.1MW/cm2以上，光斑搭接率≤70％，当搭接率为0时，相邻两个光斑边缘相切，光斑扫描方式为逐点、逐列或逐层扫描，直至待去除的隐身涂层2区域被完全扫描辐照一次；(4)关闭激光出光口4，去掉膜3，从激光扫描区域的边缘将隐身涂层2剥下，可用手直接剥下，或者借助塑料小铲剥掉，应确保剥掉过程对金属表面无损伤。(5)若隐身涂层2无法剥离，重复上述步骤(1)～(4)，直至隐身涂层2被完全去除。待处理的金属构件1的材质为铝合金、钛合金或钢中的任一种，待去除的隐身涂层2为无机物添加改性的有机涂层，涂层不透光，涂层厚度大于0.1mm，减震材料5为橡胶、海绵、树脂、金属等材料。膜3的材质为水、PVC、硅油、玻璃、丙烯酸合成树脂或丁苯透明树脂中的任一种；当膜3材质为水或硅油时，厚度为0.5mm～5mm，要求厚度均匀，且在隐身涂层2表面稳定流动；当膜3材质为玻璃、PVC、丙烯酸合成树脂或丁苯透明树脂时，膜3的厚度为0.5mm～10mm，均匀涂覆在隐身涂层2表面。实施例1在隐身涂层2表面覆盖一层水膜3，利用高能短脉冲激光照射水膜3，通过控制激光参数、搭接率和扫描路径对水膜3进行激光扫描处理，然后去掉水膜3，再将隐身涂层2从金属构件1表面快速剥离去除。具体工艺步骤如下：(1)在金属构件1无涂层的背面粘贴橡胶，并固定在机器人的夹具上，将带隐身涂层2的一面对准激光出光口4；在加工过程中，激光光束相对地面不动，金属构件1被机器人夹持相对地面移动，从而实现激光光束在金属构件1表面的扫描，机器人移动速度应与激光脉冲频率相匹配。(2)在隐身涂层2表面形成一层厚度均匀的水膜3，直径为10mm液体喷口置于激光光斑的上方50mm处，液体在重力作用下向下流动，使激光光斑处形成厚度均匀的流动液膜，厚度为2mm。(3)采用直径为Φ3mm的圆形聚焦光斑照射水膜3，激光脉冲宽度为15ns，频率5Hz，激光光束与水膜3表面的夹具为90°，峰值功率密度达到1MW/cm2，光斑搭接率10％，光斑扫描方式为逐层扫描，直至待去除的隐身涂层2区域被完全扫描辐照一次；(4)关闭激光出光口4，去掉膜3，从激光扫描区域的边缘将隐身涂层2剥下，可用手直接剥下，应确保剥掉过程对金属表面无损伤。(5)若隐身涂层2无法剥离，重复上述步骤(1)～(4)，直至隐身涂层2被完全去除。待处理的金属构件1的材质为铝合金，涂层厚度约1mm。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种去除金属表面隐身涂层的高能短脉冲激光加工方法，其特征在于：在隐身涂层(2)表面覆盖一层与所用激光波长相匹配的膜(3)，利用高能短脉冲激光照射膜(3)，通过控制激光参数、搭接率和扫描路径对隐身涂层(2)表面进行激光扫描处理，然后去掉膜(3)，再将隐身涂层从金属构件(1)表面快速剥离去除；具体工艺步骤如下：(1)在金属构件(1)无涂层的背面粘贴减震材料(5)，并固定在机器人的夹具上，将带隐身涂层(2)的一面对准激光出光口(4)；(2)在隐身涂层(2)表面形成一层厚度均匀的膜(3)，膜为固态时，将膜粘贴在膜(3)的隐身涂层(2)表面，厚度为0.5mm～10mm，膜为液态时，液体喷口置于激光光斑的上方，使激光光斑处形成厚度均匀的流动液膜，厚度为0.5mm～5mm；(3)采用直径为Φ1mm～Φ25mm的圆形聚焦光斑或者边长为1mm～20mm的方形聚焦光斑照射膜(3)，激光脉冲宽度为1ns～50ns，频率1Hz～10Hz，激光光束与膜(3)表面的夹角为45°～90°，激光脉冲的峰值功率密度达到0.1MW/cm2以上，光斑搭接率≤70％，当搭接率为0时，相邻两个光斑边缘相切，光斑扫描方式为逐点、逐列或逐层扫描，直至待去除的隐身涂层(2)区域被完全扫描辐照一次；(4)关闭激光出光口(4)，去掉膜(3)，从激光扫描区域的边缘将隐身涂层(2)剥下；(5)若隐身涂层(2)无法剥离，重复上述步骤(1)～(4)，直至隐身涂层(2)被完全去除。...

【技术特征摘要】
1.一种去除金属表面隐身涂层的高能短脉冲激光加工方法，其特征在于：在隐身涂层(2)表面覆盖一层与所用激光波长相匹配的膜(3)，利用高能短脉冲激光照射膜(3)，通过控制激光参数、搭接率和扫描路径对隐身涂层(2)表面进行激光扫描处理，然后去掉膜(3)，再将隐身涂层从金属构件(1)表面快速剥离去除；具体工艺步骤如下：(1)在金属构件(1)无涂层的背面粘贴减震材料(5)，并固定在机器人的夹具上，将带隐身涂层(2)的一面对准激光出光口(4)；(2)在隐身涂层(2)表面形成一层厚度均匀的膜(3)，膜为固态时，将膜粘贴在膜(3)的隐身涂层(2)表面，厚度为0.5mm～10mm，膜为液态时，液体喷口置于激光光斑的上方，使激光光斑处形成厚度均匀的流动液膜，厚度为0.5mm～5mm；(3)采用直径为Φ1mm～Φ25mm的圆形聚焦光斑或者边长为1mm～20mm的方形聚焦光斑照射膜(3)，激光脉冲宽度为1ns～50ns，频率1Hz～10Hz，激光光束与膜(3)表面的夹角为45°～90°，激光脉冲的峰值功率密度达到0.1MW/cm2以上，...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗学昆，于洋，汤智慧，王欣，王强，艾莹珺，宋颖刚，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11