一种纳秒激光加工改进超高强钢胶接性能的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳秒激光加工改进超高强钢胶接性能的制备方法，该方法包括以下步骤：将超高强钢试样使用蒸馏水超声清洗；再置于纳秒激光设备工作平台上，调整工作平台高度，使试样上表面到场镜距离等于焦距；在电脑中的纳秒激光设备控制界面绘制间距为240μm的圆形微孔阵列图案，并设置蛇形激光加工方向；调整激光加工参数到加工所需数值后进行第一次纳秒激光扫描加工；在电脑中的纳秒激光设备控制界面中把原图案向下移动120μm进行第二次纳秒激光扫描加工。本发明专利技术加工后的超高强钢可在平面内可任意方向受力，无需限制受力方向，减少了加工区域周围的热影响，并且相比于未加工样本大幅度提升了胶接强度，加工过程清洁环保，效果优秀。效果优秀。效果优秀。

【技术实现步骤摘要】
一种纳秒激光加工改进超高强钢胶接性能的制备方法


[0001]本专利技术属于超快激光表面微纳加工
，具体涉及一种提高超高强钢胶接性能的激光表面处理的方法。

技术介绍

[0002]在超高强钢表面粘接隔热材料，可满足航空航天等领域构件对强度和耐热性能的需求。超高强钢表面特性显著影响其与隔热材料的粘接性能。传统方法是采用喷砂、打磨等手段处理超高强钢表面，以提高超高强钢与隔热材料的粘接性。然而，喷砂和打磨等传统方法，存在质量一致性差、劳动强度大和污染环境等缺点。随着航天发射次数的不断攀升，以及高质量发展的战略引领，航天等领域对新型绿色表面处理技术的需要日益迫切。
[0003]激光加工材料时会在表面产生热效应，材料所吸收的激光能量达到烧蚀阈值时会导致材料熔融，蒸发。从而达到去除激光加工区域材料的作用。纳秒脉冲激光的峰值能量和脉冲频率高，对材料加工区域周围的热影响较小，因此可以在超高强钢表面加工烧蚀微米级结构，改变超高强钢表面特性，达到毛化超高强钢表面的效果。激光毛化为非接触式加工，且精准可控，不污染环境，易于实现自动化，有望成为高效高质的材料表面绿色毛化加工技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种提高超高强钢胶接性能的激光表面处理方法，在不改变纳秒激光头性能的情况下减小纳秒激光在加工区域周围的热影响，优化了在超高强钢表面上制备的微纳结构形貌。并且提高在任意方向受力的情况下超高强钢的胶接性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的提高超高强钢胶接性能的激光表面处理方法包括以下步骤：
[0006]步骤一：预处理，使用蒸馏水进行超声波清洗，去除表面的杂质后进行烘干；
[0007]步骤二：将步骤一中烘干后的超高强钢试样进行纳秒激光加工，具体为：
[0008]1)将步骤一中烘干后的超高强钢试样放置在纳秒激光加工平台上，并调整纳秒激加工设备中的场镜到纳秒激光加工平台的垂直距离，使超高强钢样本的上表面距离纳秒激加工设备中的场镜为场镜的合适工作焦距长度；
[0009]2)在电脑中的纳秒激光设备控制界面绘制间距为240μm的圆形微孔阵列图案，并设置蛇形激光加工方向；
[0010]3)调整激光加工参数；
[0011]4)启动纳秒激光加工设备；
[0012]5)加工结束；
[0013]步骤三：在电脑中的纳秒激光设备控制界面绘制将间距为240μm的圆形微孔阵列图案向下移动120μm，保持激光加工参数不变，启动纳秒激光加工设备直至加工结束，最终在超高强钢表面得到间距为120μm的圆形微孔阵列图案。
[0014]在上述技术方案中，本专利技术专利提供的一种纳秒激光加工改进超高强钢胶接性能的制备方法，具有以下有益效果：
[0015]1.本专利技术制备的超高强钢相比于未处理的超高强钢胶接性能大幅提升，是未处理超高强钢的2.46倍。
[0016]2.本专利技术制备的超高强钢上的微孔在其表面上均匀分布，涂胶后形成的胶结层在超高强钢平面上可以承受平面上各个方向的力。相比于制备凹槽结构来承受单一方向的力有更广阔的适用性。
[0017]3.本专利技术的加工方法，在不改变纳秒激光加工设备和点阵间距的情况下通过控制界面的绘制达到了减小激光对加工区域周围的热影响，优化了加工后的微观形貌。
[0018]4.本专利技术的加工方法，相比于现有的机械加工技术可以做到对环境污染更小，微纳结构的表面机械性能更好，加工效率更高，操作简单可实现自动化。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的纳秒激光加工系统；
[0020]图2为间距240μm的圆形微孔阵列图案和加工方向；
[0021]图3为加工后的试样在200倍放大倍率下的金相显微镜形貌；
[0022]图4为加工后的试样在3D轮廓仪观察下的三维形貌；
[0023]图5为加工后的试样与未加工的试样的载荷
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位移曲线；
[0024]图6为加工后的试样与未加工的试样的胶粘剂剪切强度柱状图比较。
具体实施方式
[0025]下面结合附图对本专利技术的实施方式进行进一步的说明。
[0026]一种纳秒激光加工改进超高强钢胶接性能的制备方法，该方法基于纳秒激光加工系统，如图1所示，纳秒激光加工系统包括纳秒激光器，电脑，扩束镜，振镜，控制器，场镜，工作平台。具体包括以下步骤：
[0027]步骤一：预处理，将超高强钢样本使用蒸馏水在120w功率下的超声波清洗机中清洗10min，并用吹风机烘干；
[0028]步骤二：将步骤一中烘干后的超高强钢试样进行纳秒激光加工，具体为：
[0029]1)将步骤一中烘干后的超高强钢试样放置在工作平台上；
[0030]2)调整工作平台的高度，直到试样上表面距离振镜为振镜的焦距；
[0031]3)如图2所示，在电脑中的纳秒激光设备控制界面绘制间距为240μm的圆形微孔阵列图案，激光加工方向为蛇形；
[0032]4)调整激光加工参数：扫描速度为1000mm/s，标刻速度为1000mm/s，跳转速度为100mm/s,作用时间为1000ms,标刻次数为1次，脉冲频率为25KHz，单脉冲能量为2mJ，脉冲宽度为240ns；
[0033]5)启动激光加工设备；
[0034]6)加工结束；
[0035]步骤三：在纳秒激光设备控制界面中，将间距为240μm的圆形微孔阵列图案整体向下移动120μm，保持激光加工参数和样本位置不变，启动纳秒激光加工设备直至加工结束，
最终在超高强钢表面得到间距为120μm的圆形微孔阵列图案。
[0036]参见附图5和附图6，采用GB T 7124
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2008胶粘剂拉伸剪切强度的测定(刚性材料对刚性材料)标准来对试样进行拉伸剪切强度测定，胶粘剂采用E
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7高温结构胶，主体树脂为氨基四官能环氧树脂。将本专利技术制备的超高强钢与未加工的超高强钢进行胶粘剂拉伸剪切强度的测定比较，记录载荷
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位移曲线，并计算出剪切强度。本专利技术使用的超高强钢试样尺寸为100mm
×
25mm
×
2mm。
[0037]根据GB T 7124
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2008胶粘剂拉伸剪切强度的测定可得本专利技术加工的超高强钢对超高强钢使用E
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7高温结构胶的剪切强度为24.48MPa，未加工的超高强钢对未加工的超高强钢使用E
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7高温结构胶的剪切强度为9.38MPa，同比提高了146％的剪切强度，即大幅提高了超高强钢的胶结性能。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳秒激光加工改进超高强钢胶接性能的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：预处理，使用蒸馏水进行超声波清洗，去除表面的杂质后进行烘干；步骤二：将步骤一中烘干后的超高强钢试样进行纳秒激光加工，具体为：1)将步骤一中烘干后的超高强钢试样放置在纳秒激光加工平台上，并调整纳秒激加工设备中的场镜到纳秒激光加工平台的垂直距离，使超高强钢样本的上表面距离纳秒激加工设备中的场镜为场镜的合适工作焦距长度；2)在电脑中的纳秒激光设备控制界面绘制间距为240μm的圆形微孔阵列图案，并设置蛇形激光加工方向；3)调整激光加工参数；4)启动纳秒激光加工设备；5)加工结束；步骤三：在电脑中的纳秒激光设备控制界面绘制将间距为240μm的圆形微孔阵列图案向下移动120μm，保持激光加工参数不变，启动纳秒激光加工设备直至加工结束，最终在超高强钢表面得...

【专利技术属性】
技术研发人员：李诚，王星，冯杰才，沈裕航，骆传万，胡政，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：