一种利用纳秒脉冲激光处理非晶合金涂层的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用纳秒脉冲激光处理非晶合金涂层的方法，对铁基非晶合金涂层材料进行表面清洁处理；将处理后的铁基非晶合金涂层材料进行预热处理，随后将预热后的产品置于纳秒脉冲激光加工系统的工作台上，进行激光处理，最终在涂层表面获得重熔层；对激光处理后的样品进行清洁处理。本发明专利技术提供的方法利用纳秒脉冲激光加工系统，通过改变激光参数如扫描频率、扫描速度、激光功率对非晶合金涂层表面的重熔深度、致密度等进行控制；不需要额外添加化学试剂，绿色环保；加工速度更快，能提高生产效率；相较于连续激光表面重熔，使用纳秒脉冲激光，其热效应更小，有助于保持涂层的非晶结构，提高了涂层表面部分的致密度及其性能。提高了涂层表面部分的致密度及其性能。提高了涂层表面部分的致密度及其性能。

【技术实现步骤摘要】
一种利用纳秒脉冲激光处理非晶合金涂层的方法


[0001]本专利技术涉及表面激光处理
，尤其是涉及一种利用纳秒脉冲激光处理非晶合金涂层的方法。

技术介绍

[0002]铁基非晶合金具有优异的软磁性能、力学性能以及耐腐蚀性能，目前在电力电子领域应用广泛。但是由于其玻璃形成能力与临界尺寸的限制，铁基非晶合金依然不能满足大部分工业零件的制造和应用。通过气体保护焊、热喷涂、激光熔覆和磁控溅射等技术，可将铁基非晶合金颗粒沉积在基材上形成铁基非晶合金涂层，制备出的铁基非晶合金涂层具有优异的耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性，因此是具有巨大应用潜力的涂层防护材料。目前利用超音速火焰喷涂技术HVAF制备的铁基非晶涂层在保持非晶结构的同时具有较低的孔隙率，但涂层内部仍然存在一部分的孔隙和微裂纹等缺陷，制约着铁基非晶涂层的进一步工业化应用。
[0003]使用传统的连续激光对铁基非晶合金涂层进行表面重熔处理时，由于激光束对某一区域激光作用时间过长，导致热影响区范围过大、冷却速度较慢，在涂层重熔的热影响区域发生内部形核与结晶，造成结构不均匀性从而影响涂层整体的性能。专利CN201910870590.6利用连续激光熔覆直接制备铁基非晶涂层，获得的涂层具有较多晶化相。
[0004]专利CN201610716340.3利用纳秒脉冲激光对金属材料进行激光熔凝硬化，其中金属材料可以为钛合金，铸铁，钢，镍基合金，金属表面局部区域在瞬间被加热到相当高的温度而熔化，随后借助于冷态金属基体的吸热和传导作用，使已熔化的极薄表层金属快速凝固，产生新的表面硬化层。该专利中所采用的激光功率为20W，40W，扫描速度为200mm/s，该专利中所获得的重熔层深度为170μm，对于非晶合金涂层而言，若重熔层深度过大，则会导致重熔层底部出现较大的热影响区，热影响区内部的结构会因冷却速度较低而形成结晶相，不利于非晶合金涂层的整体性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种利用纳秒脉冲激光处理非晶合金涂层的方法，具体而言是利用纳秒脉冲激光处理提高铁基非晶合金涂层表面致密度的方法。该方法可应用于非晶合金涂层的表面处理，使涂层的获得更好的致密度和性能特点。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术提供一种利用纳秒脉冲激光处理非晶合金涂层的方法，具体而言是利用纳秒脉冲激光处理提高铁基非晶合金涂层表面致密度的方法，包括以下步骤：
[0008]步骤(1)：对铁基非晶合金涂层材料进行表面清洁处理；
[0009]步骤(2)：将步骤(1)处理后的铁基非晶合金涂层材料进行预热处理，随后将预热后的产品迅速置于纳秒脉冲激光加工系统的工作台上，进行激光处理，最终在涂层表面获
得重熔层，所述重熔层深度为15～30μm；
[0010]步骤(3)：对激光处理后的样品进行清洁处理。
[0011]在本专利技术的一个实施方式中，步骤(1)中，所述铁基非晶合金涂层材料是利用超音速空气火焰喷涂技术HVAF制备的。
[0012]在本专利技术的一个实施方式中，步骤(1)中，所述铁基非晶合金涂层材料为FeCrMoWCBY铁基非晶合金涂层材料。
[0013]在本专利技术的一个实施方式中，步骤(1)中，步骤(1)中，所述铁基非晶合金涂层材料厚度在180
‑
220μm，并用线切割制成10mm
×
10mm
×
10mm的块状样品。
[0014]在本专利技术的一个实施方式中，步骤(1)中，对铁基非晶合金涂层材料进行表面清洁处理的方法包括：对铁基非晶合金涂层材料进行打磨以去除氧化层，以及用丙酮和无水乙醇超声清洗去除表面油污。
[0015]在本专利技术的一个实施方式中，步骤(1)中，对铁基非晶合金涂层材料进行打磨所用砂纸为800目SiC砂纸。
[0016]在本专利技术的一个实施方式中，步骤(2)中，将步骤(1)处理后的铁基非晶合金涂层材料进行预热处理的条件为：在100℃条件下预热半小时。
[0017]在本专利技术的一个实施方式中，步骤(2)中，进行激光处理的方法为：按照预先设定的激光参数，启动脉冲激光加工系统，在振镜和机械手的共同作用下，产生的线形激光在涂层表面上以一定速度扫描。
[0018]在本专利技术的一个实施方式中，步骤(2)中，进行激光处理时，设定的激光参数为：激光脉宽为110ns，激光脉冲频率为30kHz，激光功率为300W～500W，激光扫描频率为60Hz～120Hz，激光头行走速度为1mm/s和3mm/s，激光扫描轨道重叠率为96.4％
‑
98.1％。
[0019]在本专利技术的一个实施方式中，步骤(3)中，进行清洁处理的方法为采用酒精清洗。
[0020]本专利技术使用的纳秒脉冲激光表面处理技术是一种新型表面处理技术，具有峰值功率高、热作用效应小、加热冷却极快等优点，可以对材料表面进行快速熔化凝固，从而实现其微观组织结构及服役性能的调控。采用纳秒脉冲激光对铁基非晶合金涂层进行重熔能有效避免结晶问题，非晶涂层在与脉冲激光作用过程中快速加热和冷却，因为冷却速率超过了非晶合金的临界冷却速率，所以涂层会维持整体的非晶结构；同时纳秒脉冲激光与涂层表面作用时会形成等离子体，等离子体膨胀破裂时会产生冲击效应。在经历表面重熔和等离子冲击效应后，涂层表面的孔隙和微裂纹等缺陷得以消除，得到的致密度更高的涂层具有更优异的性能。
[0021]本专利技术公开了一种利用纳秒脉冲激光处理提高铁基非晶合金涂层表面致密度的方法，开辟了一种新的提高铁基非晶合金涂层表面致密度的方法，利用脉冲激光使涂层局部区域在瞬间被加热到相当高的温度后熔化，随后快速冷却凝固，涂层内部原有的孔隙和微裂纹等缺陷大部分被消除，形成更为致密的表面层。
[0022]本专利技术通过改变激光参数如扫描频率、扫描速度、激光功率对非晶合金涂层表面的重熔深度、致密度等进行控制；具体而言，本专利技术所采用的激光功率更高(优选为500W)，扫描速度更快(激光扫描频率为60Hz～120Hz，60Hz的扫描频率对应的横向扫描速度是2400mm/s)，本专利技术采用更高的功率和扫描速度意味着材料表面更快的加热和冷却速率，更有利于材料在重熔后依然维持非晶结构，并且基于本专利技术限定的工艺条件，最后所得重熔
层深度更小，为15～30μm。由于所得重熔层深度较小，不会导致形成结晶相，能够维持其非晶结构，有利于非晶合金涂层的整体性能。
[0023]同时，本专利技术方法不需要额外添加化学试剂，绿色环保；加工速度更快，能提高生产效率；相较于连续激光表面重熔，使用纳秒脉冲激光，其热效应更小，有助于保持涂层的非晶结构，提高了涂层表面部分的致密度及其性能。相比于退火、封孔处理等传统的热喷涂非晶合金涂层表面后处理工艺和连续激光重熔工艺，本专利技术的优点在于：
[0024](1)工艺简单高效、成本低，利用线形脉冲激光可实现连续大规模作业；脉冲激光热效应较小，非晶涂层在脉冲激光的作用下快速熔化和凝固，能够维持其非晶结构；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用纳秒脉冲激光处理非晶合金涂层的方法，其特征在于，利用纳秒脉冲激光处理提高铁基非晶合金涂层表面致密度，包括以下步骤：步骤(1)：对铁基非晶合金涂层材料进行表面清洁处理；步骤(2)：将步骤(1)处理后的铁基非晶合金涂层材料进行预热处理，随后将预热后的产品置于纳秒脉冲激光加工系统的工作台上，进行激光处理，最终在涂层表面获得重熔层，所述重熔层深度为15～30μm；步骤(3)：对激光处理后的样品进行清洁处理。2.根据权利要求1所述的一种利用纳秒脉冲激光处理非晶合金涂层的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述铁基非晶合金涂层材料是利用超音速空气火焰喷涂技术HVAF制备的。3.根据权利要求1所述的一种利用纳秒脉冲激光处理非晶合金涂层的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述铁基非晶合金涂层材料为FeCrMoWCBY铁基非晶合金涂层材料。4.根据权利要求1所述的一种利用纳秒脉冲激光处理非晶合金涂层的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述铁基非晶合金涂层材料厚度在180
‑
220μm，并用线切割制成10mm
×
10mm
×
10mm的块状样品。5.根据权利要求1所述的一种利用纳秒脉冲激光处理非晶合金涂层的方法，其特征在于，步骤(1)中，对铁基非晶合金涂层材料进行表面清洁处理的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏先顺，廖宗艺，梁严，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：