一种基于紫外激光吸收进行铝合金表面防护的方法及其应用技术

本发明专利技术属于冶金技术领域，具体涉及一种铝基材料的特殊表面处理方法，尤其涉及一种针对355nm、193nm以及248nm的紫外激光使用环境下防止激光烧蚀产生落尘的铝合金表面防护的方法，并进一步公开一种基于紫外激光吸收防护的铝合金表面功能防护层及其应用。本发明专利技术所述基于紫外激光吸收进行铝合金表面防护的方法，通过电化学手段转化及化学手段梯度沉积方法，在铝合金工件表面形成在紫外波段具有高激光损伤阈值的功能性膜层，可以进行铝合金紫外激光烧蚀防护。烧蚀防护。烧蚀防护。

【技术实现步骤摘要】
一种基于紫外激光吸收进行铝合金表面防护的方法及其应用


[0001]本专利技术属于冶金
，具体涉及一种铝基材料的特殊表面处理方法，尤其涉及一种针对355nm、193nm以及248nm的紫外激光使用环境下防止激光烧蚀产生落尘的铝合金表面防护的方法，并进一步公开一种基于紫外激光吸收防护的铝合金表面功能防护层及其应用。

技术介绍

[0002]材料表面改性技术是在保持材料原有性能的前提下，赋予其表面耐高温、防腐蚀、耐磨损、导电等新特性，以提高材料在高速、高温、高压、重载、腐蚀介质环境下工作的使用寿命，具有很大的经济意义和推广价值。
[0003]在现有的激光设备制造行业中，尤其是大型高功率激光设备的制造体系中，激光防护表面仍然处于实验室的研究阶段，即通过在金属表面沉积或者镀覆防护物质。但是，这些物质大多仅仅起到提高反射率的作用，以降低对于光的吸收为目的，进而减少能量的吸收对于基体温度的提升。但是，在激光的操作过程中，由于腔体内部不受控制的反射光会带来更多的技术问题甚至安全问题。因此，开发一种可适用于大规模工业生产的铝合金表面紫外激光防护方法可以更好的服务于大型激光设备制造，具有积极的意义。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种基于紫外激光吸收进行铝合金表面防护的方法，该方法为针对200nm
‑
400nm波长的紫外激光设备所设计的表面防护方法，在提升表面对于紫外光的吸收能力的同时，将能量扩散开，降低局部过热导致汽化的可能；
[0005]本专利技术所要解决的第二个技术问题在于提供一种可基于紫外激光吸收防护的铝合金表面功能防护层，并进一步公开其应用。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所述的一种基于紫外激光吸收进行铝合金表面防护的方法，包括如下步骤：
[0007](1)将加工后的铝合金工件进行化学前处理，备用；
[0008](2)将前处理后的铝合金工件置于含有紫外吸收材料颗粒的沉积溶液中，进行阳极氧化，在所述铝合金工件表面形成规则的多孔氧化铝层，并使所述紫外吸收材料颗粒沉积入孔内；
[0009](3)将阳极氧化后的所述铝合金工件置于含有导热金属盐的电解液中，通过脉冲电源通电在所述铝合金工件表面的纳米孔中沉积所述导热金属；
[0010](4)将处理后的所述铝合金工件进行高温封孔处理，进而在所述铝合金表面形成防护层。
[0011]具体的，所述步骤(2)中，所述紫外吸收材料包括纳米二氧化硅、氧化锌、二氧化钛或硒化镉中的至少一种。优选的，所述紫外吸收材料包括分散气相二氧化硅纳米颗粒。
[0012]更优选的，所述紫外吸收材料颗粒的粒径为10
‑
20nm。
[0013]具体的，所述步骤(2)中，所述沉积溶液中，所述紫外吸收材料的浓度为10
‑
20g/L。
[0014]优选的，所述沉积溶液为硫酸溶液。
[0015]具体的，所述步骤(2)中，所述阳极氧化步骤为采用正负脉冲送电方式进行阳极氧化，控制溶液温度5
‑
10℃，按照0.5
‑
2A/cm2的电流效率持续通电45
‑
90分钟。
[0016]优选的，所述步骤(2)中，还包括在阳极氧化后进行将试件放入磷酸溶液中进行扩孔处理的步骤。
[0017]具体的，所述步骤(3)中：
[0018]所述导热金属包括金属铬、金属铜、金属锡、金属镍；
[0019]所述导热金属盐包括硫酸盐、亚硫酸盐。
[0020]具体的，所述步骤(3)中，所述电解液包括如下浓度的组分：导热金属盐40
‑
60g/L、络合剂60
‑
80g/L、硫酸铵30
‑
50g/L、甲酸10
‑
30g/L、乙醇酸5
‑
10g/L。
[0021]具体的，所述络合剂包括三乙醇胺、柠檬酸钠或乙二胺。
[0022]具体的，所述步骤(3)中，所述脉冲电源为脉冲直流电源，控制电压为8
‑
10V。
[0023]具体的，所述步骤(4)中，所述高温封孔处理步骤为将所述铝合金工件置于沸水中进行高温封孔5
‑
10分钟，通过氧化铝在高温下与水化合，生成氢氧化铝或者水和氧化铝，体积膨胀，达到封孔的目的。
[0024]具体的，所述步骤(1)中，所述化学前处理包括脱脂处理、碱蚀或抛光处理、以及中和去灰处理的步骤。
[0025]具体的，所述脱脂处理、碱蚀或抛光处理、以及中和去灰处理步骤的工艺参数和操作条件如下表1所示。
[0026]表1前处理工艺参数
[0027] 脱脂碱蚀中和配方Na3PO
4 30
‑
40g/LNaOH 40
‑
80g/LHNO
3 250
‑
350g/L NaHCO
3 15
‑
20g/L
ꢀꢀꢀ
C
12
H
25
SO4Na 1
‑
3g/L
ꢀꢀ
温度38
‑
43℃50
‑
75℃10
‑
30℃时间2
‑
5分钟10
‑
30秒10
‑
30秒
[0028]本专利技术还公开了由所述方法制备得到表面沉积有功能防护层的铝合金工件，所述功能防护层为由所述紫外吸收材料分布于阳极氧化铝的纳米孔隙中形成的功能性纳米柱状阵列，进而起到了微分功能单元的作用，使得局部吸收的热量分散；所述功能防护层为在是在铝合金工件表面通过电化学手段转化及化学手段梯度沉积而成的在紫外光波段具有高激光损伤阈值的功能性膜层，具有紫外激光烧蚀防护的功能。
[0029]本专利技术所述基于紫外激光吸收进行铝合金表面防护的方法，通过电化学手段转化及化学手段梯度沉积方法，在铝合金工件表面形成在紫外波段具有高激光损伤阈值的功能性膜层，可以进行铝合金紫外激光烧蚀防护。而与以往传统防护膜不同的是，在整个保护层中，紫外吸收材料并不是致密的排列在材料表面，而是分布在阳极氧化铝的纳米孔隙中，形成功能性纳米柱状阵列，起到了微分功能单元的作用，使得局部吸收的热量分散，进而实现紫外激光的烧蚀防护。
[0030]本专利技术所述基于紫外激光吸收进行铝合金表面防护的方法，改变了传统思路中以
提高反射率达到抗烧蚀的目的的思路，通过阳极氧化铝的天然纳米孔结构进行微分紫外光吸收单元，并通过缩小光吸收单元，使吸收的能量以热的形式通过导热材料散发出去，减少每个单元分担吸收的能量，从而提高抗激光损伤阈值的目的。同时，加入紫外吸收物质，尽可能大的提高每个单元的紫外吸收能力，所以在整体上提高的光吸收效果以将低反射。本专利技术所述防护方法通过吸收入射杂散光而降低反射率的方法，在源头解决了杂散光因为多次反射的造成了内壁表面损伤的问本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于紫外激光吸收进行铝合金表面防护的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将加工后的铝合金工件进行化学前处理，备用；(2)将前处理后的铝合金工件置于含有紫外吸收材料颗粒的沉积溶液中，进行阳极氧化，在所述铝合金工件表面形成规则的多孔氧化铝层，并使所述紫外吸收材料颗粒沉积入孔内；(3)将阳极氧化后的所述铝合金工件置于含有导热金属盐的电解液中，通过脉冲电源通电在所述铝合金工件表面的纳米孔中沉积所述导热金属；(4)将处理后的所述铝合金工件进行高温封孔处理，进而在所述铝合金表面形成防护层。2.根据权利要求1所述的基于紫外激光吸收进行铝合金表面防护的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述紫外吸收材料包括纳米二氧化硅、氧化锌、二氧化钛或硒化镉中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的基于紫外激光吸收进行铝合金表面防护的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述沉积溶液中，所述紫外吸收材料的浓度为25
‑
45g/L。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的基于紫外激光吸收进行铝合金表面防护的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述阳极氧化步骤为采用正负脉冲送电方式进行阳极氧化，控制溶液温度5
‑
10℃，按照0.5
‑
2A/cm2的电流效率持续通电45
‑
90分钟。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的基于紫外激光吸收进行铝合金表面防护的方法，其特征在于，所述步骤(3)中：所述导热金属包括金属铬、金...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹永智，卢礼华，赵航，崔耀文，张鹏，尹佳恒，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：