[发明专利]一种激光表面改性用新型光热转换涂料

说明书

技术领域

本发明涉及工程材料表面改性，尤其涉及一种激光表面改性用新型光热转换涂料。

背景技术

激光表面改性技术自20世纪80年代以来日益受到人们的关注和重视。然而由于导电性良好的金属表面对CO₂激光反射率高达90％以上，阻碍了激光作为高能密度热源在热处理中的应用。为了提高金属表面光热吸收率，可在激光热处理前对金属表面进行热处理，获得一个光热转换层，以增强材料对红外激光的吸收。

目前主要采用的工艺：(1)磷化法工艺，(2)黑漆(86-1型黑漆)，(3)石墨加氧化物，(4)SiO₂型涂料和(5)Nextel101涂料，胶体涂料等。

发明内容

本发明旨在解决现有光热转换层的不足，如涂层经激光处理后在工件表面晶间出现微裂纹，工件表面粗糙度增加，释放有害气体等缺点。开发一种既能增强基体材料对激光的吸收率，使其达到95％以上，又能同步完成表面合金化的的光热转换新涂料。

本发明的技术方案是：该涂料由1000-1500目的混合粉体和溶剂按1∶4-1∶8质量比组成，其中混合粉体由作为骨料的膨润土(其主要成分为蒙脱石Al₂O₃·4SiO₂·3H₂O)及作为添加剂的磷酸锌、二氧化锰和硼砂组成，各组份的重量比为：

膨润土    70-80％

磷酸锌    5-10％

二氧化锰  3-10％

硼砂      2-10％

溶剂由乙醇、去离子水和联接剂聚乙烯醇组成，各组份的体积比为：

乙醇      25-45％

去离子水  50-65％

聚乙烯醇  5-10％

淬火前涂覆于待处理工件表面。

本发明专利的有益效果是：

1、解决了水基/醇基涂料中粉体的悬浮性、均匀性难题。

本发明悬浮时间达到16-20小时，满足实际处理工件工艺要求；其均匀性良好，在工件表面涂覆后成膜紧密均匀。

2、本发明专利采用的骨料膨润土(其主要成分为蒙脱石Al₂O₃·4SiO₂·3H₂O)为一种医用药材，对人体无害，在使用过程中对环境无污染。

3、对激光的吸收率较高。

涂层对激光的吸收率经实验检测能达到95％，这比碳黑涂层吸收率68.8％高20多个百分点。

4降低了工艺成本。

同磷化法，胶体涂层，石墨加氧化物涂层比较，本发明在达到工艺要求的同时其费用仅约为上述工艺成本的1/6或1/7。

5.较好的解决了涂料涂敷时的流变性和粘滞性难题。

通过对实验结果的观察比较，本发明能够较好的在工件上成膜，在工件上有一定的附着力，成膜后粉体内部有一定的内聚力。

6.溶剂配方利于涂敷和成膜，成膜质量高，干燥快。

实际工艺要求涂料在涂刷后3-5分钟内能完全干透，本发明专利满足工艺要求，经激光处理后易于表面清除多余涂层。

具体实施方式

实施例

我们采用膨润土(80wt％)为骨料，添加剂磷酸锌(10wt％)，二氧化锰(6wt％)，硼砂(4wt％)组成混合粉体，将混合粉体研磨至1200目，与溶剂(按体积分数比：乙醇35％，去离子水55％，联接剂聚乙烯醇10％)按质量比1∶4混合均匀。涂敷于工件(2Cr13材质，尺寸为20mm*30mm*10mm)表面。涂敷厚度50-75μm，淬火激光工艺参数为：功率2800W，扫描速度8mm/s，功率密度0.495*10⁴J/cm²，淬火处理后样块显微硬度由585HK变为1085.8HK，淬硬深度达到0.7mm，DMH-2LS型显微硬度计，载荷25g，加载时间15s。