本發(fā)明涉及一種短脈沖激光提高鎂合金表面耐腐蝕性的方法?？蓪⒃摲椒◤V泛應(yīng)用于鎂合金材料的表面處理，利用激光重熔處理快速獲得更佳耐腐蝕性的金屬表面。

背景技術(shù)：

鎂合金具有密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、易于加工、資源豐富等優(yōu)點(diǎn),在汽車、電子及航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但是,鎂合金的電極電位低,容易腐蝕,耐腐蝕性差是阻礙鎂合金推廣應(yīng)用的主要瓶頸之一。目前尚未找到有效提高鎂合金耐腐蝕性能的合金化方法,改善其耐蝕性主要采用化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、陽極氧化、電鍍、微弧氧化、熱噴涂等表面處理技術(shù)?；瘜W(xué)轉(zhuǎn)化膜常使用的化學(xué)處理液中含有六價(jià)鉻等對人體有害且污染環(huán)境的元素，鎂合金的無鉻化學(xué)轉(zhuǎn)化膜工藝仍處于研究階段。陽極氧化工藝過程水、電的消耗極大，同時(shí)硫酸及其它液體有機(jī)溶劑對水及大氣有較大污染。電鍍因?yàn)殒V電極電位很低，前處理方法的要求極高，并且鍍液中含有重金屬，影響鎂合金的回收利用，增加了回收的難度與成本。微弧氧化裝置電壓要求較高，操作時(shí)要做好安全保護(hù)措施；以及電解液溫度上升較快，需配備較大容量的制冷和熱交換設(shè)備。熱噴涂工藝中涂層與基體的結(jié)合主要是物理機(jī)械結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度不高，同時(shí)噴霧飛散會(huì)造成涂料利用率下降和粉塵等問題。

而激光重熔處理作為一種日益成熟的新型表面處理技術(shù),具有操作靈活、無污染、可有選擇性地對零件局部表面進(jìn)行改性等特點(diǎn),這項(xiàng)工藝內(nèi)在本質(zhì)是激光掃描過程的熱效應(yīng)引起材料表層重熔。在激光重熔過程中，熔融金屬中組成成分因沸點(diǎn)不同而選擇性蒸發(fā)，造成鎂合金中其他元素相對含量提高，并且材料在激光加工過程中表層溫度驟升驟降，金屬材料凝固后晶粒組織得到細(xì)化，合金的成分偏析也得到減小，由此提高了鎂合金表面的耐腐蝕性能。此外得益于激光的高可控性，通過精確調(diào)整激光輸出參數(shù)，激光重熔工藝可以適應(yīng)不同的鎂合金材料加工以及控制工藝引起的材料性質(zhì)變化。但是現(xiàn)有的激光重融處理技術(shù)，對重熔層金屬外的基體材料熱影響大，影響金屬基體性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種短脈沖激光提高鎂合金表面耐腐蝕性的方法。該方法可廣泛應(yīng)用于各類鎂合金零件的表面處理，使零件獲得更好的耐腐蝕性能特點(diǎn)。

本發(fā)明一種短脈沖激光提高鎂合金表面耐腐蝕性的方法，其流程如圖1所示，主要包括以下步驟：

(1)對鎂合金材料進(jìn)行砂紙打磨去除氧化層，后進(jìn)行丙酮清洗去油。

(2)將步驟(1)清洗后的鎂合金材料置于納秒激光加工系統(tǒng)的工作臺(tái)上，設(shè)定激光參數(shù)，啟動(dòng)激光加工系統(tǒng)，利用振鏡掃描使激光在鎂合金材料表面上以一定速度掃射，最終在表面獲得重熔層；

(3)對加工后的金屬材料進(jìn)行簡單清潔。

其中，步驟(2)中設(shè)定的激光參數(shù)為：激光波長為193nm～1070nm，激光脈寬為50ns～100μs，激光功率為10w～500w，激光脈沖頻率為1khz～1mhz，光斑掃描重疊率為20％-80％；

其中，步驟(2)中利用振鏡掃描使激光在鎂合金材料表面以一定速度掃射，其速度為20mm/s～3m/s。

本發(fā)明公開的一種短脈沖激光提高鎂合金表面耐腐蝕性的方法，開辟了一種新的提高金屬表面耐腐蝕性方法，利用激光使金屬表面局部區(qū)域在瞬間被加熱到相當(dāng)高的溫度而熔化，隨后借助于冷態(tài)金屬基體的吸熱和傳導(dǎo)作用，使已熔化的極薄表層金屬快速凝固，產(chǎn)生新的表面層。相比于現(xiàn)有相對于化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、陽極氧化、電鍍、微弧氧化、熱噴涂等傳統(tǒng)表面處理工藝和現(xiàn)有的激光重熔工藝，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)：該方法利用激光直寫系統(tǒng)，可以通過改變激光參數(shù)如頻率、掃描速度、功率對金屬表面熔凝深度、面積等進(jìn)行精確控制，能得到加工精度和加工范圍遠(yuǎn)大于現(xiàn)有的強(qiáng)化工藝。

(2)：該方法利用激光直寫系統(tǒng)，加工處理基于材料熔化及凝固，不需要額外添加化學(xué)試劑，綠色環(huán)保，被處理材料本身不發(fā)生化學(xué)變化，可應(yīng)用于多種金屬材料。

(3)：該方法可以實(shí)現(xiàn)加工區(qū)域的任意設(shè)定，相比于化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、陽極氧化、電鍍、微弧氧化、熱噴涂等等整體加工工藝更加靈活。

(4)：該方法加工速度更快，有望在實(shí)際生產(chǎn)中提高生產(chǎn)效率。

(5)：相對于現(xiàn)有的激光重熔方法，本發(fā)明使用較小功率的短脈沖激光，對重熔層金屬外的基體材料熱影響很小，有助于保持金屬基體性能不變。

附圖說明：

圖1所示為本發(fā)明方法流程圖。

圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例所應(yīng)用的激光加工系統(tǒng)示意圖。

圖3所示為實(shí)施例1激光加工后鎂合金表面縱截面。

圖4所示為實(shí)施例1激光加工前后鎂合金電化學(xué)測試結(jié)果。

圖5所示為實(shí)施例2激光加工前后鎂合金電化學(xué)測試結(jié)果。

圖6所示為實(shí)施例3激光加工前后鎂合金電化學(xué)測試結(jié)果。

圖中標(biāo)號(hào)如下：

1、激光器2、x振鏡3、y振鏡4、計(jì)算機(jī)

5、聚焦鏡6、保護(hù)氣7、工作臺(tái)

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

本發(fā)明“一種短脈沖激光提高鎂合金表面耐腐蝕性的方法”的流程如圖1所示，主要包括以下步驟：

(1)對鎂合金材料依次進(jìn)行砂紙打磨去除氧化層，后進(jìn)行丙酮清洗去油。

(2)將步驟(1)清洗后的鎂合金材料置于納秒激光加工系統(tǒng)的工作臺(tái)上，設(shè)定激光參數(shù)，啟動(dòng)激光加工系統(tǒng)，利用振鏡掃描使激光在鎂合金材料表面上以一定速度掃射，最終在表面獲得重熔層；

(3)對加工后的金屬材料進(jìn)行簡單清潔。

其中，步驟(2)中設(shè)定的激光參數(shù)為：激光波長為193nm～1070nm，激光脈寬為50ns～100μs，激光功率為10w～500w，激光脈沖頻率為1khz～1mhz；

其中，步驟(2)中利用振鏡掃描使激光在鎂合金材料表面以一定速度掃射，其速度為20mm/s～3m/s，光斑掃描重疊率為20％～80％。

本發(fā)明實(shí)施例所應(yīng)用的設(shè)備為spi公司的納秒激光加工系統(tǒng)，其包括：激光器1、x振鏡2、y振鏡3、計(jì)算機(jī)4、聚焦鏡5、保護(hù)氣6及工作臺(tái)。如圖2所示。

實(shí)施例1：

(1)取5mm厚度的mg-gd-ca鎂合金塊，用砂紙打磨去除加工表面的氧化膜，置于無水丙酮中清洗。

(2)將樣品置于如圖2所示的spi公司的納秒激光加工系統(tǒng)(使用1060nm波長的co2激光器)的工作臺(tái)上，設(shè)置激光功率為70w，頻率為500khz，掃描速度為200mm/s，設(shè)置掃描區(qū)域大小為10mm×10mm，調(diào)整光斑重合率至20％，啟動(dòng)激光加工系統(tǒng)開始加工。

(3)從工作臺(tái)上取下加工后鎂合金塊，用無水酒精擦拭清理。

如圖3所示為實(shí)施例1加工后所得mg-gd-ca鎂合金近表面的縱截面金相，由圖所示，經(jīng)短脈沖激光處理后金屬表面有厚度約20μm的重熔層，重熔層顯示出了于基體不同的金相形態(tài)。如圖4所示為實(shí)施例1加工后所得mg-gd-ca鎂合金與未處理樣品的電極極化曲線，由圖所示，重熔后合金自腐蝕電位相對于未處理樣品有所提高，耐腐蝕性能有所提升。

實(shí)施例2：

(1)取5mm厚度的mg-gd-ca鎂合金塊，砂紙打磨去除加工表面的氧化膜，置于無水丙酮中清洗。

(2)將樣品置于如圖2所示的spi公司的納秒激光加工系統(tǒng)(使用1060nm波長的co2激光器)的工作臺(tái)上，設(shè)置激光功率為80w，頻率為500khz，掃描速度為50mm/s，設(shè)置掃描區(qū)域大小為10mm×10mm，光斑重合率調(diào)至40％，啟動(dòng)激光加工系統(tǒng)開始加工。

(3)從工作臺(tái)上取下加工后鎂合金塊，用無水酒精擦拭清理。

如圖5所示為實(shí)施例2加工后所得mg-gd-ca鎂合金與未處理樣品的電極極化曲線，由圖所示，重熔后合金自腐蝕電位相對于未處理樣品有所提高，耐腐蝕性能有所提升。

實(shí)施例3：

(1)取5mm厚度的zk60鎂合金塊，砂紙打磨去除加工表面的氧化膜，置于無水丙酮中清洗。

(2)將樣品置于如圖2所示的spi公司的納秒激光加工系統(tǒng)(使用1060nm波長的co2激光器)的工作臺(tái)上，設(shè)置激光功率為120w，頻率為20khz，掃描速度為50mm/s，設(shè)置掃描區(qū)域大小為10mm×10mm，光斑重合率調(diào)至50％，啟動(dòng)激光加工系統(tǒng)開始加工。

(3)從工作臺(tái)上取下加工后鎂合金塊，用無水酒精擦拭清理。

如圖6所示為實(shí)施例3加工后所得zk60鎂合金與未處理樣品的電極極化曲線，由圖所示，重熔后合金自腐蝕電位相對于未處理樣品有所提高，耐腐蝕性能有所提升。

實(shí)施例4：

(1)取5mm厚度的zk60鎂合金塊，砂紙打磨去除加工表面的氧化膜，置于無水丙酮中清洗。

(2)將樣品置于如圖2所示的spi公司的納秒激光加工系統(tǒng)(使用1060nm波長的co2激光器)的工作臺(tái)上，設(shè)置激光功率為150w，頻率為800khz，掃描速度為500mm/s，設(shè)置掃描區(qū)域大小為10mm×10mm，光斑重合率調(diào)至60％，啟動(dòng)激光加工系統(tǒng)開始加工。

(3)從工作臺(tái)上取下加工后鎂合金塊，用無水酒精擦拭清理。

實(shí)施例5：

(1)取5mm厚度的az31鎂合金塊，砂紙打磨去除加工表面的氧化膜，置于無水丙酮中清洗。

(2)將樣品置于如圖2所示的spi公司的納秒激光加工系統(tǒng)(使用1060nm波長的co2激光器)的工作臺(tái)上，設(shè)置激光功率為70w，頻率為100khz，掃描速度為20mm/s，設(shè)置掃描區(qū)域大小為10mm×10mm，光斑重合率調(diào)至20％，啟動(dòng)激光加工系統(tǒng)開始加工。

(3)從工作臺(tái)上取下加工后鎂合金塊，用無水酒精擦拭清理。

本發(fā)明方案所公開的技術(shù)手段不僅限于上述技術(shù)手段所公開的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準(zhǔn)。