一种基于振镜的激光维持等离子体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维持等离子体抛光钛合金的方法，该方法是将试样放在气氛箱中，通入氩气，通过高能量激光聚焦在辅助钛合金基板上形成钛等离子体，然后激发产生氩等离子体并维持氩气等离子体，并将激光束移动至工作钛合金基板上方一定离焦量内进行抛光；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，不仅效率高，还能省去繁琐的等离子体收集装置。集装置。

【技术实现步骤摘要】
一种基于振镜的激光维持等离子体抛光钛合金的方法


[0001]本专利技术涉及一种基于振镜的激光维持等离子体的钛合金抛光方法，属于精密表面处理


技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]等离子体抛光技术等离子抛光的过程中涉及到化学变化，其材料去除机理主要表现在材料的化学去除过程。等离子抛光可以进行大面积的平面以及局部抛光。同时它是不会损伤材料的亚表面，实现高精密的表面处理加工，其应用前景十分可观。
[0005]然而激光抛光和等离子体抛光技术都存在各自的缺陷。激光抛光其抛光精度低于等离子体抛光，而等离子体抛光的加工方向性和选择性差，加工效率低。
[0006]针对以上问题，本专利技术结合激光抛光和等离子体抛光，提出一种由振镜激光维持等离子体的抛光技术。其不仅能解决激光抛光精度低的问题，也能使用振镜解决等离子体加工方向性和选择性差的问题，使加工效率提高。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种基于振镜激光器的钛合金激光维持抛光等离子体的方法。该方法是将试样放在气氛箱中，通入氩气，通过高能量激光聚焦在辅助钛合金基板上形成钛等离子体，然后激发产生氩等离子体并维持氩气等离子体，并将激光束移动至工作钛合金基板上方一定离焦量内进行抛光。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，不仅效率高，还能省去繁琐的等离子体收集装置。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种基于振镜的激光维持等离子体抛光钛合金的方法，所述方法包括如下步骤：
[0010](1)将钛合金预处理后放置在气氛保护箱中，通入氩气使得气氛保护箱内为氩气氛围；
[0011]所述钛合金为TC4钛合金；
[0012]所述预处理为：对钛合金脱脂处理并进行超声波酒精清洗、干燥后，备用；
[0013](2)将激光器焦点定位于辅助钛合金的表面，通过气氛保护箱盖子的透光玻璃用激光照射钛合金表面进行点火，形成钛等离子体，然后激发产生氩等离子体；
[0014](3)待出现并维持氩气等离子体后将光束平移至工作钛合金基板的上方，与基板产生一个离焦量，对钛合金基板进行重熔抛光表面；
[0015]优选氩气流量为20L/min；
[0016]所述激光器焦点与工作钛合金基板的距离为1～3mm，如果距离过小则会产生深熔，导致粗糙度变高，如果距离过大，则会因为等离子体的直径关系问题，导致表面抛光不足；
[0017]抛光的工艺参数为：激光功率1300～1500W，扫描速度200～400mm/s，线间距0.01～0.03mm，离焦量+1～+3mm，光斑大小190～220um。
[0018]相比于现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0019](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。
[0020](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。
[0021](3)相比于普通的等离子体抛光钛合金，本专利技术省去繁琐的等离子体收集装置，改为激光激发并维持等离子体，操作更为简单。
[0022](4)结合激光抛光和等离子体抛光能使表面更加光滑。
附图说明
[0023]图1为本专利技术基于振镜的激光维持等离子体抛光钛合金的装置示意图；
[0024]图中，1-扫描振镜系统，2-光学镜片，3-气氛保护箱，4-可调进气口，5-钛合金板材，6-升降台，7-出气口，8-氩气等离子体，9-激光束。
具体实施方式
[0025]下面结合附图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。
[0026]以下实施例在图1所示装置中进行，所述装置包括：扫描振镜系统1、光学镜片2、气氛保护箱3、升降台6，所述气氛保护箱3两侧设有可调进气口4，底部设有出气口7，所述升降台6上放置钛合金板材5。
[0027]实施例1
[0028](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，并用超声酒精清洗表面。
[0029](2)用三维轮廓仪测试试样表面的粗糙度Sa＝1.32um。
[0030](3)将试样放入气氛箱中，通入氩气，气流25L/h，通气10分钟(气氛保护箱中原有氧气从底部的出气口中被挤压出)，保证气氛箱内都为氩气氛围。
[0031](4)激光抛光处理以及工艺参数设置：将气氛箱放置在1500w振镜激光器上，设置激光功率为1300w；扫描速度为200mm/s，线间距为0.01mm，光斑大小为190um，将激光聚焦到
辅助钛合金基板上，设置氩气流量为20L/min，打开激光在焦点点火形成钛等离子体，然后激发产生氩等离子体并维持，再将激光束移动至实验基板上方，离焦量为+1mm，扫描钛合金表面，扫描区域为10mm
×
10mm。
[0032](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＝0.25um。
[0033]实施例2
[0034](1)试样预处理，测初始粗糙度Sa＝1.31um，气氛箱处理步骤参照实施例1，激光抛光处理以及工艺参数设置：气氛箱放在1500w振镜式激光工作台上，设置激光功率为1400w；扫描速度为300mm/s，线间距为0.02mm，光斑大小为200mm，将激光聚焦到辅助钛合金基板上，设置氩气流量为20L/min，打开激光在焦点点火形成钛等离子体，然后激发产生氩等离子体并维持，再将激光束移动至实验基板上方，离焦量为+2mm，扫描钛合金表面，扫描区域为10mm
×
10mm。
[0035](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＝0.20um。
[0036]实施例3
[0037](1)试样预处理，测初始粗糙度Sa＝1.32um，气氛箱处理步骤参照实施例1，激光抛光处理以及工艺参数设置：气氛本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于振镜的激光维持等离子体抛光钛合金的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将钛合金预处理后放置在气氛保护箱中，通入氩气使得气氛保护箱内为氩气氛围；(2)将激光器焦点定位于辅助钛合金的表面，通过气氛保护箱盖子的透光玻璃用激光照射钛合金表面进行点火形成钛等离子体，然后激发产生氩等离子体并维持；(3)待出现并维持氩气等离子体后将光束平移至工作钛合金基板的上方，与基板产生一个离焦量，对钛合金基板进行重熔抛光表面；抛光的工艺参数为：激光功率1300～1500W，扫描速度200～40...

【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：