一种基于振镜的激光复合化学抛光钛合金的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于振镜的激光复合化学抛光钛合金的方法，该方法是在激光抛光的同时，将试样浸在配置好的化学液中，该法不仅隔绝了空气，而且不会产生微坑，本发明专利技术的钛合金表面抛光处理方法可以有效减少钛合金表面粗糙度，提高光泽度，提高表面质量，还能省去繁琐的气密性装置。

A laser compound chemical polishing method of titanium alloy based on galvanometer

【技术实现步骤摘要】
一种基于振镜的激光复合化学抛光钛合金的方法
本专利技术涉及一种基于振镜的激光复合化学的钛合金抛光方法，属于精密表面处理

技术介绍
钛及钛合金具有密度小、抗腐蚀性能好、比强度高等一系列优异的特性，因而广泛应用于航空、航天、医疗等各个领域。但随着各种工业上对钛及钛合金表面平整要求的不断提高，制备出表面光亮平整的钛及钛合金就显得尤为重要。激光抛光是一种新型的获得材料表面高光洁度的热加工方法。这项工艺内在本质是激光加热引起的材料表层重熔。无论是在宏观尺度或微观尺度进行的激光抛光工艺，材料粗糙表面经激光加热融化后形成的熔池在表面张力和重力的多向作用下，熔池内熔融材料通过流动将会重新分配在初始位置周围，从而在快速凝固后使绝大多数粗糙表面的峰谷高度差减小，由此获得对粗糙表面的抛光效果。但是现阶段的钛合金激光抛光技术需要严密的气密性装置，在保护气的氛围下进行，否则在高温下，钛会和氧气以及氮气反应，影响表面粗糙度。化学抛光即酸腐蚀，是指让化学介质中表面微观凸出的部分较凹部分优先溶解，从而得到平滑面，所采用的化学介质一般为氢氟酸或含氟离子的酸性溶液。但是氢氟酸是一种高毒物质，极易挥发到空气中，对环境和人体会产生巨大危害。而且在激光灯高温下会产生爆炸。专利号CN108611643A公开了一种抛光液和电解抛光钛合金的方法，抛光液由氟化氢铵、过氧化氢、六亚甲基四胺、硝酸、添加剂和磁性添加材料混合而成。其中它含有的硝酸会对电解装置产生腐蚀，无法长时间使用。而且其无法实现选区域的精准抛光，同时电解抛光需要特殊的夹具，增加整个过程的繁琐度。针对以上问题，本专利技术结合激光抛光和化学抛光，配置一种中性的化学液，将钛合金的基材放置于化学液中，用激光抛光，不仅省去繁琐的气密性装置，而且装置简单，稳定性高，抛光后的表面不会出现微坑。只需要补充母液，可以循环使用，利用率高。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种基于振镜激光器的钛合金激光复合化学抛光的方法。该方法是在激光抛光的同时，将试样浸在配置好的化学液中，该法不仅隔绝了空气，而且不会产生微坑。本专利技术的钛合金表面抛光处理方法可以有效减少钛合金表面粗糙度，提高光泽度，提高表面质量，还能省去繁琐的气密性装置。本专利技术的技术方案如下：一种基于振镜的激光复合化学抛光钛合金的方法，所述方法包括如下步骤：(1)配制化学液：将硝酸钠、氯化钾、氯化钙加到去离子水中，搅拌溶解得到化学液，并且加热至35～40℃保温；所得化学液中，硝酸钠的浓度为10～15g/mL，氯化钾的浓度为4～6g/mL，氯化钙的浓度为4～6g/mL；化学液配制完加热保温，温度太低，溶液粘稠度大，不利于抛光，温度太高会使氯离子和硝酸根离子活动增大，在钛合金表面产生腐蚀烧灼现象，最优选37℃保温；(2)激光抛光处理：取钛合金样板，表面清理后浸没于化学液中，之后置于激光工作台上，利用振镜光纤激光器，在化学液流动的状态下进行抛光，获得抛光后的钛合金；所述钛合金例如为TC4钛合金；钛合金样板浸没于化学液中后，样板表面离液面的距离为2～4mm，当距离过小时，在激光冲击作用下，会使试样暴露于空气中，当距离过大时，会使抛光粗糙度增大；抛光时，化学液是流动的，利用抽水泵和出水口的流量阀控制进水量和出水量为100～200mL/min，作用是带走抛光过程中由于激光照射产生的大量气泡，防止表面出现气蚀坑；抛光的工艺参数为：激光功率300～500W，扫描速度400～800mm/s，线间距0.02～0.06mm，离焦量+2～+10mm，光斑大小10～15mm。相比于现有技术，本专利技术的有益效果在于：(1)非接触式抛光：接触式抛光在样品上施加了外力，样品在外力下容易破裂。而非接触式激光抛光则不会对样品施加任何压力。可解决超硬、超软、脆性等材料的抛光问题。(2)选区和复杂结构抛光：激光抛光可利用振镜和多轴控制平台实现对特定区域和复杂曲面的抛光。(3)相比于普通的激光抛光钛合金，本专利技术省去繁琐的气密性装置，改为简易的化学液，容易配置，循环利用率高，而且抛光出来的表面不会出现微坑，更加光滑。(4)流动的溶液能够带走抛光过程中产生的大量气泡，防止在钛合金表面产生气蚀坑，使得抛光表面更加光滑。附图说明图1为本专利技术基于振镜的激光复合化学抛光钛合金的装置示意图；图中，1-扫描振镜系统，2-激光束，3-化学液面，4-试样钛合金，5-出水口，6-流量阀，7-化学液容器，8-进水口，9-化学液母液，10-抽水泵。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不仅限于此。实施例1(1)试样预处理：钛合金经过线切割加工成40mm×20mm×4mm的样板，用铣刀清理表面。(2)用三维轮廓仪测试试样表面的粗糙度Sa＝1.32um。(3)配置化学液：将质量为12.5g的硝酸钠、质量为4.95g的氯化钾和质量为4.97g的氯化钙加入到1000ml的去离子水中，搅拌至充分溶解，得到化学液。加热到37℃并保温。(4)激光抛光处理以及工艺参数设置：将测过粗糙度的试样放在步骤(3)的化学液中，浸没试样，试样离溶液表面2mm。设定进水量和出水量为100ml/min，放在500w振镜式激光工作台上，设置激光功率为300w；扫描速度为400mm/s，线间距为0.02mm，光斑大小为10mm，离焦量为+2mm。扫描次数一次，扫描区域为10mm×10mm。(5)将抛光后的试样取出，用无水乙醇洗干净，吹干。放在三维轮廓下测得粗糙度Sa＝0.51um。实施例2(1)试样预处理，测初始粗糙度Sa＝1.31um，溶液配制步骤参照实例1，激光抛光处理以及工艺参数设置：将测过粗糙度的试样放在步骤(3)的化学液中，浸没试样，试样离溶液表面2mm。设定进水量和出水量为100ml/min，放在500w振镜式激光工作台上，设置激光功率为400w；扫描速度为600mm/s，线间距为0.04mm，光斑大小为12mm，离焦量为+4mm。扫描次数一次，扫描区域为10mm×10mm。(2)将抛光后的试样取出，用无水乙醇洗干净，吹干。放在三维轮廓下测得粗糙度Sa＝0.45um。实施例3(1)试样预处理，测初始粗糙度Sa＝1.32um，溶液配制步骤参照实例1，激光抛光处理以及工艺参数设置：将测过粗糙度的试样放在步骤(3)的化学液中，浸没试样，试样离溶液表面2mm。设定进水量和出水量为100ml/min，放在500w振镜式激光工作台上，设置激光功率为500w；扫描速度为800mm/s，线间距为0.06mm，光斑大小为15mm，离焦量为+6mm。扫描次数一次，扫描区域为10mm×10mm。(2)将抛光后的试样取出，用无水乙醇洗干净，吹干。放在三维轮廓下测得粗糙度Sa＝0.48um。以上对本专利技术的具体实施例进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于振镜的激光复合化学抛光钛合金的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/n(1)配制化学液：将硝酸钠、氯化钾、氯化钙加到去离子水中，搅拌溶解得到化学液，并且加热至35～40℃保温；/n所得化学液中，硝酸钠的浓度为10～15g/mL，氯化钾的浓度为4～6g/mL，氯化钙的浓度为4～6g/mL；/n(2)激光抛光处理：取钛合金样板，表面清理后浸没于化学液中，之后置于激光工作台上，利用振镜光纤激光器，在化学液流动的状态下进行抛光，获得抛光后的钛合金；/n钛合金样板浸没于化学液中后，样板表面离液面的距离为2～4mm，抛光时化学液是流动的，进水量和出水量为100～200mL/min；/n抛光的工艺参数为：激光功率300～500W，扫描速度400～800mm/s，线间距0.02～0.06mm，离焦量+2～+10mm，光斑大小10～15mm。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于振镜的激光复合化学抛光钛合金的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)配制化学液：将硝酸钠、氯化钾、氯化钙加到去离子水中，搅拌溶解得到化学液，并且加热至35～40℃保温；
所得化学液中，硝酸钠的浓度为10～15g/mL，氯化钾的浓度为4～6g/mL，氯化钙的浓度为4～6g/mL；
(2)激光抛光处理：取钛合金样板，表面清理后浸没于化学液中，之后置于激光工作台上，利用振镜光纤激光器，在化学液流动的状态下进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴国龙，王淼，姚建华，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33