專利名稱：一種用于激光沖擊處理的可剝離涂料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光沖擊材料加工應(yīng)用技術(shù)與高分子材料領(lǐng)域，特指一種用于激光沖擊處理的能量吸收層涂料，其適用于利用激光沖擊波的力學(xué)效應(yīng)對(duì)材料表面進(jìn)行連續(xù)沖擊強(qiáng)化、改性或?qū)饘侔宀倪M(jìn)行沖擊成形。
背景技術(shù)：
激光沖擊技術(shù)(LSP)是一種具有良好前景的加工手段，其原理是高能量短脈沖激光誘導(dǎo)的沖擊波與金屬材料相互作用。這一技術(shù)已在機(jī)械工程、航空航天、汽車工業(yè)、船舶工業(yè)、核工業(yè)、醫(yī)療工程、生物工程、微電子、軍事等各行各業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，目前該技術(shù)主要用于材料改性，沖擊成型，以及無損檢測(cè)等方面。
人們?cè)谘芯考す鉀_擊時(shí)，同激光熱處理一樣在試件表面涂覆一層吸收涂層涂料，以提高對(duì)激光能量的吸收，并進(jìn)行了不同能量吸收層的有無對(duì)激光誘導(dǎo)沖擊波影響的研究。激光沖擊技術(shù)中的能量吸收層是指涂覆在受沖擊材料表面的一層不透明(對(duì)激光有良好的吸收性)物質(zhì)，其對(duì)激光誘導(dǎo)的沖擊波起到了吸收作用，約束等離子體的膨脹，從而有效加大了沖擊波對(duì)受沖擊材料的作用時(shí)間和作用力。所以能量吸收層技術(shù)是激光沖擊技術(shù)中最為關(guān)鍵的技術(shù)之一。
由于涂層材料對(duì)所誘導(dǎo)的沖擊波壓力大小有較大的影響，為此激光沖擊中要針對(duì)不同的激光波長(zhǎng)，采用不同的吸收涂層。對(duì)吸收涂層的要求是(1)對(duì)所采用的激光波長(zhǎng)要有盡可能高的吸收率；(2)要有低的傳導(dǎo)系數(shù)和低相變熱及離化能；(3)要有合適的厚度，以防止激光對(duì)金屬靶材的直接汽化燒傷；但又不能太厚，以免對(duì)沖擊波產(chǎn)生過大的衰減，降低激光沖擊效果。
影響涂層對(duì)激光能量吸收的因素主要有涂層的材料特性、厚度及其均勻性，涂層材料的種類很多，有聚合物塑料、黑漆、石墨、鉛、鋅、鉍和磷化混合物等，因黑漆、液墨易于涂抹，而成為目前激光沖擊處理研究中常用的能量吸收層。涂層厚度從理論上講應(yīng)大于等于氣化層的厚度。
目前可查閱的國內(nèi)外文獻(xiàn)、專利中的用于激光沖擊處理的能量吸收涂層的沒有見到報(bào)道，其他一些保護(hù)涂料如中國專利可剝離的保護(hù)涂料(02137364.7)不能經(jīng)受高功率重復(fù)率的激光連續(xù)沖擊，在沖擊過程中涂料容易剝落，從而后續(xù)加工中容易使金屬表面產(chǎn)生燒蝕，影響激光加工效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可克服現(xiàn)有技術(shù)不足、沖擊綜合性能良好的、可供實(shí)際工業(yè)應(yīng)用的、涂覆方便的用于激光連續(xù)沖擊處理的碳粉涂料。
本發(fā)明的特征是采用碳粉、兩種不同組分的粘結(jié)劑、自干稀料以及添加劑按照一定配方混合，調(diào)勻，形成對(duì)激光強(qiáng)烈吸收的涂層。
本發(fā)明中能量吸收層涂層組成采用碳粉、粘結(jié)劑、自干稀料和添加劑配比調(diào)和，其配比成分為碳粉5％～15％，粘結(jié)劑50％～70％，自干稀料15％～35％，添加劑2％～5％，涂層涂覆厚度一般為60μm～150μm。
本發(fā)明中，碳粉作為骨料，作為涂料組分之一的粉末狀物質(zhì)，粒徑在6微米左右，為涂料提供顏色、遮蓋力并使涂料體積增大。在激光沖擊處理中黑色碳粉能有效增加激光的吸收，提高激光處理的沖擊波壓力，增強(qiáng)激光沖擊效果。
粘結(jié)劑是影響涂層所有性能的一種非常重要的成分，尤其表現(xiàn)在以下方面附著力及其相關(guān)特性，如抗起泡性、抗開裂性和抗剝落性等。本發(fā)明中，粘結(jié)劑為粘結(jié)劑A、粘結(jié)劑B或粘結(jié)劑A、B的任意重量比組合物，粘結(jié)劑A由下列幾種物質(zhì)組成水、聚乙烯醇、硅氧油、硅酸乙脂、硅氧樹脂及添加劑，其重量組成比例為水40％～60％，聚乙烯醇5％～10％，硅氧油5％～10％，硅酸乙脂8％～18％，硅氧樹脂8％～18％及添加劑5％～10％，粘結(jié)劑A的主要優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高，耐水性好，干燥速度快；粘結(jié)劑B由下列幾種物質(zhì)組成水、聚乙烯醇、甲醛、氫氧化鈉、氯化鎂、硼砂及添加劑，其重量組成比例為水40％～60％，聚乙烯醇8％～15％，甲醛8％～15％，氫氧化鈉5％～10％，氯化鎂5％～10％，硼砂5％～10％，添加劑5％～10％，粘結(jié)劑B的主要優(yōu)點(diǎn)是附著強(qiáng)度大、不開裂、不脫落、耐沖擊、耐水性好。
本發(fā)明中，自干稀料由氨基、醇酸、醋酸乙酯、丁酮或無苯硝漆稀料混合組成，重量配比為2∶2∶3∶1∶1。添加劑含有補(bǔ)強(qiáng)劑、穩(wěn)定劑、填料、催干劑、消泡劑，起到增加激光吸收的效果。本發(fā)明中自干稀料以及添加劑不含苯、甲苯或二甲苯，無毒，無副作用。
本發(fā)明中，涂料的制備工藝方法是(1)選取優(yōu)質(zhì)骨料即微細(xì)顆粒碳粉；(2)將碳粉置于反應(yīng)容器中，根據(jù)配方配比加入粘結(jié)劑、自干稀料和添加劑；(3)涂料調(diào)制，采用攪拌的方法將涂料調(diào)勻，然后用濃度為25％的氨水調(diào)節(jié)涂料的PH值為7.5。
本發(fā)明中激光吸收涂料在室溫下直接干燥，如采用加熱或烘干技術(shù)可以成倍地提高其干燥速度。而且本發(fā)明中激光吸收涂料可以采用噴涂、滾涂或刷涂工藝進(jìn)行操作處理，激光加工處理后可以人工剝離，去除容易。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下(1)本涂層的最大優(yōu)點(diǎn)是解決了原有涂層與金屬材料粘著能力不強(qiáng)，在連續(xù)沖擊過程中涂層容易產(chǎn)生剝離，從而金屬表面產(chǎn)生燒蝕的缺點(diǎn)，本涂層能有效黏附在金屬表面，而且激光連續(xù)沖擊過程中不會(huì)剝離，沖擊效果非常理想；(2)微細(xì)顆粒碳粉調(diào)成的涂層涂覆在金屬表面，使得涂層能被激光強(qiáng)烈吸收，激光吸收率能達(dá)到95％以上，涂層的吸收性能大大提高，有效提高激光沖擊效果；(3)本涂層噴涂方便，噴涂效果均勻，涂層的厚度精確可控，工藝穩(wěn)定；(4)本涂層能有效的提高激光沖擊波的峰壓，故能大大改善激光沖擊效果；(5)涂層能快速烘干，減少加工工作時(shí)間，提高加工效率；(6)本涂層剝離方便、快速、徹底、而且剝離過程不會(huì)損壞試樣表面；(7)本涂層制作工藝簡(jiǎn)單，并且成本低廉，操作方便，不僅適用于激光加工，而且可以用于其他加工，可用于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1涂覆涂層的工件效果2普?qǐng)D涂層激光沖擊后表面示意3新型涂層激光沖擊效果示意4涂層在金屬工件表面剝離后表面示意圖具體實(shí)施方法[實(shí)例1]涂層的組分的配比為微細(xì)顆粒碳粉10％，粘結(jié)劑A55％，其中水、聚乙烯醇、硅氧油、硅酸乙脂、硅氧樹脂及添加劑重量組成比例為6∶1∶1∶2∶2∶1，專用自干稀料32％，組分重量配比為2∶2∶3∶1∶1，添加劑3％，其中白炭黑作為補(bǔ)強(qiáng)劑，928鋼化涂料穩(wěn)定劑、白云石凹凸棒粘土作為填料、環(huán)烷酸鈣作為催干劑、水性涂料消泡劑，組分重量配比為1∶1∶4∶1∶1，涂層涂覆厚度為100μm。其室溫下干燥速度為12分鐘，在激光功率為2.67GW/cm2，經(jīng)過激光沖擊后板料表面示意圖如圖-1所示，激光透過約束層水作用在能量吸收層涂層上，能量吸收層瞬間氣化、電離、形成高溫高壓的等離子體產(chǎn)生爆炸，從而產(chǎn)生向金屬板料傳播的高壓沖擊波，使得板料變形。較之以前的涂層，激光沖擊效果明顯，沖擊量均勻。
涂層的組分的配比為微細(xì)顆粒碳粉10％，粘結(jié)劑B65％，其中水、聚乙烯醇、甲醛、氫氧化鈉、氯化鎂、硼砂及添加劑重量組成比例為5∶2∶1∶1∶1∶2∶1，專用自干稀料23％，溶劑重量配比為2∶2∶3∶1∶1，添加劑2％，其中白炭黑作為補(bǔ)強(qiáng)劑，928鋼化涂料穩(wěn)定劑、白云石凹凸棒粘土作為填料、環(huán)烷酸鈣作為催干劑、水性涂料消泡劑，組分重量配比為2∶1∶4∶2∶1，涂層涂覆厚度為100μm。其室溫下干燥速度為10分鐘，在激光功率為2.67GW/cm2，經(jīng)過激光沖擊后板料表面示意圖如圖-3，4所示，此時(shí)金屬板料表面沒有任何燒蝕痕跡，而且當(dāng)涂層厚度為120μm時(shí)，發(fā)現(xiàn)沖擊效果更明顯，這主要是隨著能量吸收層厚度增加，激光誘導(dǎo)的沖擊波壓力增加，板料變形量也隨之增加。但當(dāng)能量吸收層即涂層厚度過大時(shí)，板料變形量反而降低，主要原因是過厚的涂層大大衰減了沖擊波的壓力，導(dǎo)致作用在金屬板料上的壓力降低，涂層的最佳厚度在60μm～150μm。
權(quán)利要求
1.一種用于激光沖擊處理的可剝離涂料，其特征在于由碳粉、粘結(jié)劑、自干稀料和添加劑組成，其中碳粉5％～15％，粘結(jié)劑50％～70％，自干稀料15％～35％，添加劑2％～5％；粘結(jié)劑為粘結(jié)劑A、粘結(jié)劑B或粘結(jié)劑A、B的任意重量比的混合物，粘結(jié)劑A由下列幾種物質(zhì)組成水、聚乙烯醇、硅氧油、硅酸乙脂、硅氧樹脂及添加劑，其重量組成比例為水40％～60％，聚乙烯醇5％～10％，硅氧油5％～10％，硅酸乙脂8％～18％，硅氧樹脂8％～18％及添加劑5％～10％；粘結(jié)劑B由下列幾種物質(zhì)組成水、聚乙烯醇、甲醛、氫氧化鈉、氯化鎂、硼砂及添加劑，其重量組成比例為水40％～60％，聚乙烯醇8％～15％，甲醛8％～15％，氫氧化鈉5％～10％，氯化鎂5％～10％，硼砂5％～10％，添加劑5％～10％；自干稀料由氨基、醇酸、醋酸乙酯、丁酮或無苯硝漆稀料混合組成，重量配比為2∶2∶3∶1∶1；添加劑含有補(bǔ)強(qiáng)劑、穩(wěn)定劑、填料、催干劑、消泡劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于激光沖擊處理的可剝離涂料，其特征在于碳粉的粒徑在6微米左右。
全文摘要
一種用于激光沖擊處理的可剝離涂料，涉及激光沖擊材料加工應(yīng)用技術(shù)與高分子材料領(lǐng)域，由碳粉、粘結(jié)劑、自干稀料和添加劑組成，其中碳粉5％～15％，粘結(jié)劑50％～70％，自干稀料15％～35％，添加劑2％～5％；涂層涂覆厚度一般為60μm～150μm。將碳粉置于反應(yīng)容器中，根據(jù)配方配比加入粘結(jié)劑、自干稀料和添加劑；涂料調(diào)制，采用攪拌的方法將涂料調(diào)勻，然后用濃度為25％的氨水調(diào)節(jié)涂料的pH值為7.5。其解決了原有涂層與金屬材料粘著能力不強(qiáng)，在連續(xù)沖擊過程中涂層容易產(chǎn)生剝離，從而金屬表面產(chǎn)生燒蝕的缺點(diǎn)，本涂層能有效黏附在金屬表面，而且激光連續(xù)沖擊過程中不會(huì)剝離，沖擊效果非常理想。
文檔編號(hào)C09D129/04GK1834176SQ20061003950
公開日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2006年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月13日
發(fā)明者任旭東, 張永康, 殷蘇民, 周建忠, 張凌峰 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)