一种激光金属表面除污或抗腐防锈装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于金属材料抗腐防锈技术领域，具体公开了一种激光金属金属表面除污或抗腐防锈装置及方法，其中的装置包括激光发射组件、扫描聚焦组件(5)及两维工作台(9)，其中，激光发射组件用于发射激光束，激光束经过扫描聚焦组件(5)聚焦到待处理金属工件(10)上，并进行激光扫描，使该待处理金属工件局部升温以去除待处理金属工件表面的油污和金属锈层，或者产生氧化物层，从而实现对待处理金属工件的金属表面除污或抗腐防锈处理。本发明专利技术通过对装置的各个细节组件的构成等进行改进，通过高能量激光束辐射到金属材料表面，可以去除金属表面油污和锈层，并在金属表面氧化生成致密氧化膜，可有效地保护金属内部不受氧化，起到抗腐防锈功能。

A laser metal surface decontamination or anti-corrosion and anti-rust device and method

The invention belongs to the technical field of anti-corrosion and anti-rust of metal materials, and specifically discloses a device and method for laser metal surface decontamination or anti-corrosion and anti-rust. The device comprises a laser emission component, a scanning focusing component (5) and a two-dimensional worktable (9). The laser emission component is used to emit a laser beam, and the laser beam is focused on a metal workpiece (10) to be processed by a scanning focusing component (5). Laser scanning is carried out to make the metal workpiece to be treated warm locally to remove the oil stain and rust layer on the surface of the metal workpiece to be treated, or to produce oxide layer, so as to realize the metal surface decontamination or anti-corrosion and anti-rust treatment for the metal workpiece to be treated. By improving the composition of each detail component of the device, the oil stain and rust layer on the metal surface can be removed by radiating high-energy laser beam to the surface of the metal material, and a dense oxide film can be formed on the metal surface by oxidation, which can effectively protect the metal from oxidation and play a role of anti-corrosion and anti-rust.

【技术实现步骤摘要】
一种激光金属表面除污或抗腐防锈装置及方法
本专利技术属于金属材料抗腐防锈应用
，更具体地，涉及一种激光金属表面除污或抗腐防锈装置及方法，该装置与激光清洗抗腐防锈方法对应，即通过高能量激光束辐射到金属材料表面，去除金属表面油污和金属锈层，并在金属表面氧化生成致密氧化膜，从而有效地保护金属内部不受氧化，起到抗腐防锈功能，延长使用寿命。
技术介绍
为了提高金属材料抗腐防锈能力，通常需要对这些金属材料表面进行抗腐防锈处理。传统的方法是采用化学发蓝黑化工艺在金属表面氧化生成致密氧化膜，保护钢件内部不受氧化。具体的工艺流程是首选化学去油污，再使用盐酸溶液清洗，然后采用强的化学氧化剂在金属表面上进行发蓝黑化处理，对金属表面氧化生成致密的氧化膜、最后进行清洗去除残余的化学液体成分。例如，对钢铁材料表面发蓝黑化处理的强的化学氧化剂是由氢氧化钠、亚硝酸钠、磷酸三钠组成，在高温下(约550℃)氧化成的四氧化三铁呈天蓝色，称为发蓝处理，常用与兵器制造中；在低温下(约350℃)形成的四氧化三铁呈暗黑色，称为发黑处理，常用于工业生产中。由于目前采用盐酸溶液清洗和化学强氧化剂进行发蓝黑化处理工艺，不但工艺程序多，流程长，而且由于钢材的品种、产品的规格和生产的规模各不相同，从而造成了在生产装备和生产环境方面有着很大差别，例如酸洗和强的化学氧化剂体槽的密封、对生产设备的腐蚀、酸洗和发蓝黑化车间的通风排风、酸雾和强的化学氧化气味的排出处理以及废酸污水排放处理等方面问题，都必须一一加以处理和解决。这不但需要较大的投资来建设相应的回收和处理设备，增加了工艺成本，而且一旦生产设备的腐蚀而泄露或发生直接排放发生，会造成工作环境恶劣，产生强烈刺激气味损害操作人员身体健康，对环境造成严重污染，破坏生态环境。现有技术中也存在金属表面激光发黑处理工艺的相关研究，但这些研究主要是通过熔融刻蚀，极大地增加金属表面对可见光的吸收率，减少反射率，从而用作吸光元件来抑制光学系统中的杂散光。这些现有技术中的工艺仅仅是在视觉上使金属表面变黑，并不能改善金属表面的防腐抗锈能力。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种激光金属表面除污或抗腐防锈装置及方法，基于一种新的激光抗腐防锈原理，并通过对装置内关键的装置各个细节组件的构成、方法所采用的处理手段等进行改进，与现有技术相比能够有效解决金属材料化学抗腐防锈处理对环境的污染大、废液废气处理工艺成本高的问题，本专利技术中的激光金属表面除污或抗腐防锈装置及方法，通过高能量激光束辐射到金属材料表面，可以去除金属表面油污和锈层，并在金属表面氧化生成致密氧化膜，可有效地保护金属内部不受氧化，起到抗腐防锈功能，延长使用寿命。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种激光金属表面除污或抗腐防锈装置，其特征在于，包括激光发射组件、扫描聚焦组件(5)及两维工作台(9)，其中，所述两维工作台(9)用于放置待处理金属工件(10)，所述激光发射组件用于发射激光束，该激光束经过所述扫描聚焦组件(5)聚焦到所述待处理金属工件(10)上，并对该待处理金属工件(10)进行激光扫描，使该待处理金属工件(10)局部升温以去除待处理金属工件表面的油污和金属锈层，或者使该待处理金属工件(10)局部升温并产生氧化物层，从而实现对待处理金属工件(10)的金属表面除污或抗腐防锈处理。作为本专利技术的进一步优选，所述扫描聚焦组件(5)用于向所述待处理金属工件(10)提供1.8～2.0m/s的激光扫描速度，并同时提供1.0×107～1.5×107W/cm2的激光功率密度；或者，用于向所述待处理金属工件(10)提供1.0～1.5m/s的激光扫描速度，并同时提供2.5×106～3.8×106W/cm2的激光功率密度。作为本专利技术的进一步优选，所述激光发射组件包括激光器(1)，以及沿激光光路设置的扩束准直镜(2)及若干导光镜(3，4)，所述激光器(1)产生的激光经过扩束准直镜(2)及若干导光镜(3，4)被传输至所述扫描聚焦组件(5)。作为本专利技术的进一步优选，所述激光器(1)用于发射波长为355nm到10.6μm的连续或脉冲激光。作为本专利技术的进一步优选，所述激光金属表面除污或抗腐防锈装置还包括吸尘器(7)，该吸尘器(7)设置在所述两维工作台(9)的上方，用于除去所述待处理金属工件(10)激光处理过程产生的废弃物。作为本专利技术的进一步优选，所述激光金属表面除污或抗腐防锈装置还包括送氧气管道(8)，该送氧气管道(8)设置在所述两维工作台(9)的上方，用于向所述待处理金属工件(10)表面传送含氧气体。作为本专利技术的进一步优选，所述两维工作台(9)还与x轴移动组件和y轴移动组件相连，所述x轴移动组件和所述y轴移动组件用于带动所述两维工作台(9)移动使所述激光束定位到目标的待处理金属工件(10)上。作为本专利技术的进一步优选，所述扫描聚焦组件(5)还与z轴移动组件(6)相连，该z轴移动组件(6)用于带动所述扫描聚焦组件(5)沿竖直方向移动使所述激光束的聚焦位置与目标位置重合。按照本专利技术的另一方面，提供了一种激光金属表面除污或抗腐防锈方法，其特征在于，该方法是用激光束对待处理金属工件进行激光扫描，使该待处理金属工件局部升温以去除待处理金属工件表面的油污和金属锈层；或者，是利用激光束对清洁的待处理金属工件进行激光扫描，使该待处理金属工件局部升温并产生氧化物层，从而实现对待处理金属工件的抗腐防锈处理。作为本专利技术的进一步优选，对所述待处理金属工件去除表面油污和金属锈层时，具体是采用激光扫描速度为1.8～2.0m/s，且激光功率密度为1.0×107～1.5×107W/cm2的激光；对所述待处理金属工件抗腐防锈处理时，具体是采用激光扫描速度为1.0～1.5m/s，且激光功率密度为2.5×106～3.8×106W/cm2的激光；优选的，所述激光均为波长为355nm到10.6μm的连续或脉冲激光。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，基于一种新的激光抗腐防锈原理，相应的利用激光发射组件、扫描聚焦组件及两维工作台构成激光金属表面除污或抗腐防锈装置，通过高能量激光束辐射到金属材料表面，可以去除金属表面油污和锈层，并在金属表面氧化生成致密氧化膜，可有效地保护金属内部不受氧化，起到抗腐防锈功能，延长使用寿命。相应的，本专利技术中激光金属表面除污或抗腐防锈方法，可以利用激光束对待处理金属工件进行激光扫描，使该待处理金属工件局部升温以去除待处理金属工件表面的油污和金属锈层，得到清洁的金属工件；并且，可以利用激光束对清洁的待处理金属工件进行激光扫描，使该待处理金属工件局部升温并产生氧化物层，从而实现对待处理金属工件的抗腐防锈处理。本专利技术中激光金属表面除污或抗腐防锈装置及方法，尤其适用于对钢铁材料等金属进行表面处理，在对待处理金属工件进行除污处理时，优选将激光扫描速度控制为1.8～2.0m/s、激光功率密度控制为1.0×107～1.5×107W/cm2，防锈处理时，优选将激光扫描速度控制为1.0～1.5m/s、激光功率密度控制为2.5×106～3.8×106W/cm2，能够确保在钢铁材料表面形成致密的四氧化三铁氧化层，从而实现防污抗锈的效果。本专利技术中的激光金属表面除污或抗腐防锈装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光金属表面除污或抗腐防锈装置，其特征在于，包括激光发射组件、扫描聚焦组件(5)及两维工作台(9)，其中，所述两维工作台(9)用于放置待处理金属工件(10)，所述激光发射组件用于发射激光束，该激光束经过所述扫描聚焦组件(5)聚焦到所述待处理金属工件(10)上，并对该待处理金属工件(10)进行激光扫描，使该待处理金属工件(10)局部升温以去除待处理金属工件表面的油污和金属锈层，或者使该待处理金属工件(10)局部升温并产生氧化物层，从而实现对待处理金属工件(10)的金属表面除污或抗腐防锈处理。

【技术特征摘要】
1.一种激光金属表面除污或抗腐防锈装置，其特征在于，包括激光发射组件、扫描聚焦组件(5)及两维工作台(9)，其中，所述两维工作台(9)用于放置待处理金属工件(10)，所述激光发射组件用于发射激光束，该激光束经过所述扫描聚焦组件(5)聚焦到所述待处理金属工件(10)上，并对该待处理金属工件(10)进行激光扫描，使该待处理金属工件(10)局部升温以去除待处理金属工件表面的油污和金属锈层，或者使该待处理金属工件(10)局部升温并产生氧化物层，从而实现对待处理金属工件(10)的金属表面除污或抗腐防锈处理。2.如权利要求1所述激光金属表面除污或抗腐防锈装置，其特征在于，所述扫描聚焦组件(5)用于向所述待处理金属工件(10)提供1.8～2.0m/s的激光扫描速度，并同时提供1.0×107～1.5×107W/cm2的激光功率密度；或者，用于向所述待处理金属工件(10)提供1.0～1.5m/s的激光扫描速度，并同时提供2.5×106～3.8×106W/cm2的激光功率密度。3.如权利要求1所述激光金属表面除污或抗腐防锈装置，其特征在于，所述激光发射组件包括激光器(1)，以及沿激光光路设置的扩束准直镜(2)及若干导光镜(3，4)，所述激光器(1)产生的激光经过扩束准直镜(2)及若干导光镜(3，4)被传输至所述扫描聚焦组件(5)。4.如权利要求3所述激光金属表面除污或抗腐防锈装置，其特征在于，所述激光器(1)用于发射波长为355nm到10.6μm的连续或脉冲激光。5.如权利要求1所述激光金属表面除污或抗腐防锈装置，其特征在于，所述激光金属表面除污或抗腐防锈装置还包括吸尘器(7)，该吸尘器(7)设置在所述两维工作台(9)的上方，用于除去所述待处理金属工件(10)...

【专利技术属性】
技术研发人员：段军，侯国祥，邓磊敏，陈乔丹，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42