一种激光清洗铝合金基体蒙皮漆层过程中保护基体表面阳极氧化膜的方法技术

本发明专利技术提供一种激光清洗铝合金基体蒙皮漆层过程中保护基体表面阳极氧化膜的方法，属于激光清洗技术领域。本发明专利技术分别利用光纤脉冲激光器和CO

A method to protect the anodic oxide film on the surface of aluminum alloy during laser cleaning

The invention provides a method for protecting the anode oxide film on the surface of the substrate in the process of laser cleaning the aluminum alloy substrate skin paint layer, which belongs to the technical field of laser cleaning. The invention utilizes fiber pulse laser and co respectively

【技术实现步骤摘要】
一种激光清洗铝合金基体蒙皮漆层过程中保护基体表面阳极氧化膜的方法
本专利技术涉及大型装备表层激光清洗
，具体地，涉及一种激光清洗铝合金基体蒙皮漆层过程中保护基体表面阳极氧化膜的方法。
技术介绍
飞机机身的构造大部分为铝合金基体，铝合金基体表面有阳极氧化膜，这些厚度为微米级的阳极氧化膜。比起铝合金的天然氧化膜，其耐蚀性、耐磨性和装饰性都有明显的改善和提高。飞机在服役过程中，铝合金基体的蒙皮漆层会因为机械刮擦、电磁辐射、各种气流冲刷以及环境骤变等原因而引起漆层的龟裂、老化、脱落等损伤，因此需要在大修期间对飞机蒙皮漆层重新涂装，其中，蒙皮漆层的清除是一道重要工序，其目的是：(1)检测铝合金蒙皮是否存在缺陷或产生疲劳裂纹，避免飞机发生疲劳破坏事故；(2)重新涂漆以获得一个高质量的防护涂层，而能否避免铝合金蒙皮表面阳极氧化膜破损，能显著影响漆层的服役寿命。但是在蒙皮漆层的清除过程中，极容易损伤基体表面阳极氧化膜，从而降低了基体的耐腐蚀性、耐磨性。阳极氧化膜破坏后，漆层与基体的结合强度大幅度降低，缩短了铝合金构造的装备(例如飞机、轮船、汽车、桥梁等)的服役时间。飞机蒙皮漆层体系是由蒙皮铝合金表面阳极氧化膜、防腐底漆层、抗老化面漆层组成。其中底漆层厚度大约50～80μm，面漆层厚度大约30～50μm，铝合金表面阳极氧化膜厚度为5～15μm。在蒙皮维修中需要将防腐底漆层和抗老化面漆层清洗干净，而完整保留铝合金表面的阳极氧化膜，其目的是在不降低铝合金蒙皮耐磨抗腐蚀性能的同时，增加铝合金表面与防腐底漆的结合强度，提高铝合金蒙皮的安全系数和使用寿命。传统除漆方法包括机械摩擦去除法、溶剂去除法、喷砂去除法和高频超声去除法，尽管它们在工业去除行业得到广泛应用，但在我国环境保护法规要求越来越严格和高精密器件应用越来越广泛的情况下，其应用受到极大限制。另外，这些传统去除方法还存在不同程度的不足，如脱漆剂除漆法存在有毒有污染、脱漆剂消耗量大且成本高昂等缺点，机械摩擦除漆法存在耗时长、效率不高，精确度低，易造成潜在的材料破坏等缺点，喷砂除漆(喷塑料丸工艺)法则存在对环境的要求高，且对操作人员及环境造成影响，高频超声波去除法不适用于大型零部件去除等。目前，飞机蒙皮漆层的去除主要采用溶剂脱漆法，该法主要存在以下不足：(1)所用脱漆剂大部分有毒；(2)环境污染严重，会产生大量废水废液，后期环保处理十分复杂；(3)需要消耗大量水资源；(4)脱漆工作环境不友好，会对操作人员的健康造成一定危害；(5)脱漆剂对铆在蒙皮上的钢质铆钉具有一定腐蚀破坏效应。激光清洗(LaserCleaning)是一种环境友好的新型表面清洗技术，与传统工业清洗去除方法相比，具有以下优点：(1)具有绿色无污染、不会对去除零部件造成物理损坏；(2)去除质量高，清洗效果好，清洁率几乎是100％；(3)易实现高效自动化；(4)用途广、可靠性高；(5)运行和维护成本低。但将激光清洗应用于飞机蒙皮漆层清除时，需要在注重激光清洗高效优质的同时，解决在激光清洗过程中如何完整保护铝合金表面阳极氧化膜的难题。激光清洗技术在金属表面锈蚀、油污和漆层的清洗中已经有一些应用，例如：专利一种激光清洗去除复合材料表面漆层的方法(CN108787636A)、激光除漆的激光参量选择方法(CN106001928A)、一种用于飞机蒙皮脱漆的激光清洗装置(CN108372158A)分别给出了激光清洗在除漆应用中的工艺方法、参数选择及装置设计的实例。上述专利都没有涉及激光清洗过程中铝合金表面阳极氧化膜如何完整保留的问题。如果铝合金阳极氧化膜得到完整保留，不仅能够使得铝合金蒙皮的耐磨抗腐蚀性能得到保证，还可增加铝合金表面与防腐底漆的结合强度，保证蒙皮的服役安全问题。因此，在激光清洗过程中如何完整保留铝合金表面阳极氧化膜，是能否运用激光清洗技术清洗蒙皮漆层的关键。从目前的文献以及专利检索看，人们对激光清洗过程如何完整保留铝合金表面阳极氧化膜没有研究，以及采取什么技术方法使铝合金表面阳极氧化膜不被破坏，均无报道。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种在不使用有毒化学试剂、不使用大量水的前提下，能够精确、高效优质清除铝合金基体蒙皮漆层的同时，完整保留铝合金表面阳极氧化膜的方法。本专利技术的技术方案为：将表面具有阳极氧化膜的铝合金基体蒙皮漆层厚度d0定量分为两层d1和d2，即d0＝d1+d2。首先采用波长为1064nm的脉冲光纤激光，在一定的激光清洗工艺参数下扫描清洗掉厚度d1的漆层，然后再采用波长为10.64μm的CO2激光，在优化工艺参数下，并以一定的扫描路径扫描清除剩余厚度d2的漆层，即可获得无漆层残余、阳极氧化膜完整的铝合金蒙皮表面。具体地，本专利技术首先提供一种激光清洗铝合金基体蒙皮漆层过程中保护基体表面阳极氧化膜的方法，包括以下步骤：(1)将待清洗的铝合金基体蒙皮漆层厚度d0定量分为两层厚度d1和d2，即d0＝d1+d2，且d1远大于d2；(2)选择光纤激光清洗系统，通过激光器产生的脉冲激光在漆层表面聚焦，对漆层表面进行扫描，清洗掉预定厚度d1的漆层；(3)选择CO2气体激光清洗系统，聚焦CO2激光光斑，对厚度为d2的剩余蒙皮漆层进行扫描清洗。本专利技术所述的d0特指本领域所公知的铝合金基体蒙皮漆层的任意厚度。蒙皮漆层厚度d1，其范围为：(d0-5)μm≤d1≤(d0-2)μm。蒙皮漆层厚度d2，其范围为：2μm≤d2≤5μm。本专利技术的上述方法步骤(2)中，激光器产生的脉冲波长1064nm。步骤(2)的扫描过程中，激光参数为：①输出功率P：10-50W；②重复频率f：10-100kHz；③光斑直径D：0.02-0.2mm；④脉宽τ：10μs-200us；⑤清洗速度v：200mm/s-1500mm/s；⑥清洗间距l：0.01-0.2mm；优选地，步骤(2)的扫描过程中，激光参数为：①输出功率P：15-35W；②重复频率f：25-65kHz；③光斑直径D：0.05-0.1mm；④脉宽τ：50us-150us；⑤清洗速度v：400mm/s-1200mm/s；⑥清洗间距l：0.02-0.1mm。本领域技术人员可根据本领域的常规方式选择激光扫描路径，例如“弓”“回”“之”字型；优选“弓”字型为激光扫描除漆的扫描路径。本专利技术的上述方法中，所述光纤激光清洗系统包括清洗平台和激光清洗装置，所述激光清洗装置包括激光清洗主机和设置在所述激光清洗主机上的光源发射系统，所述激光清洗主机为一体机框架式，所述光源发射系统包括计算软件控制系统和激光发射器，所述计算软件控制系统用于对所述激光发射器进行参数的调节与控制，所述激光发射器中的激光器为脉冲激光器，所述清洗平台位于所述激光清洗装置的出光面下方，所述清洗平台用于放置待清洗加工的蒙皮样品。本专利技术上述方法的步骤(3)中，CO2气体激光清洗的输出波长本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光清洗铝合金基体蒙皮漆层过程中保护基体表面阳极氧化膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将待清洗的金属基体蒙皮漆层厚度d0定量分为两层厚度d1和d2，即d0＝d1+d2，且d1远大于d2；/n(2)选择光纤激光清洗系统，通过激光器产生的脉冲激光在漆层表面聚焦，对漆层表面进行扫描，清洗掉预定厚度d1的漆层；/n(3)选择CO

【技术特征摘要】
1.一种激光清洗铝合金基体蒙皮漆层过程中保护基体表面阳极氧化膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将待清洗的金属基体蒙皮漆层厚度d0定量分为两层厚度d1和d2，即d0＝d1+d2，且d1远大于d2；
(2)选择光纤激光清洗系统，通过激光器产生的脉冲激光在漆层表面聚焦，对漆层表面进行扫描，清洗掉预定厚度d1的漆层；
(3)选择CO2气体激光清洗系统，聚焦CO2激光光斑，对厚度为d2的剩余蒙皮漆层进行扫描清洗。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，蒙皮漆层厚度d1，其范围为：(d0-5)μm≤d1≤(d0-2)μm。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，蒙皮漆层厚度d2，其范围为：2μm≤d2≤5μm。


4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，激光器产生的脉冲波长1064nm。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)的扫描过程中，激光参数为：
①输出功率P：10-50W；
②重复频率f：10-100KHz；
③光斑直径D：0.02-0.2mm；
④脉宽τ：10μs-200μs；
⑤清洗速度v：200mm/s-1500mm/s；
⑥清洗间距l：0.01-0.2mm。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海朝，乔玉林，王思捷，杜娴，刘军，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军装甲兵学院，
类型：发明
国别省市：北京;11