摘要：

　　激光加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)了光、機(jī)、電技術(shù)相結(jié)合，是一種先進(jìn)制造技術(shù)，目前正處于向傳統(tǒng)制造技術(shù)中許多工藝過程積極滲透的階段。金屬基體表面反光嚴(yán)重，在激光加工過程中造成了大量光能損失。在激光相變硬化或熔凝處理中，吸光涂料在提高光能利用率方面起到了重要作用。本文介紹了吸光涂料應(yīng)具有的性能要求、成分選擇及工藝選擇；并利用正交試驗(yàn)方法對(duì)涂料配比及工藝進(jìn)行了優(yōu)化，得出最優(yōu)涂料，并利用紅外吸收光譜對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，最終確定了最優(yōu)涂料。

關(guān)鍵詞：吸光涂料；正交試驗(yàn)；吸收光譜；激光

0 引言

　　由于CO2激光器具有輸出功率高、穩(wěn)定、連續(xù)可調(diào)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，所以金屬材料的激光表面處理多利用高功率CO2激光加熱金屬[1]。大多數(shù)金屬對(duì)CO2激光都有很高的反射率，一般高于70%，而光亮的金屬甚至可達(dá)80%～90%[2]。這是對(duì)金屬材料進(jìn)行激光表面改性處理的一大障礙[3]。這不僅造成了大部分寶貴的激光能量的損失，而且也嚴(yán)重威脅著操作人員的身體健康。因此，在激光熱處理中，如何提高金屬表面對(duì)激光輻照能量的吸收率，從而使寶貴的激光能量得到充分的利用，降低激光熱處理的生產(chǎn)成本是一個(gè)非常重要的問題。在金屬表面預(yù)置涂覆層，可以顯著提高激光吸收率[4-5]。國(guó)內(nèi)外曾采用的磷化及涂敷炭黑或石墨的黑化方法存在一系列問題，如吸收率較低、熱穩(wěn)定性差、隨溫度升高吸收率下降、清除困難、有污染等缺點(diǎn)。國(guó)內(nèi)幾種涂料由于技術(shù)還未成熟，價(jià)格也比較昂貴，不適合工業(yè)化生產(chǎn)。因此研制一種性能良好，價(jià)格低廉的新型激光表面處理吸收涂料，對(duì)推動(dòng)激光處理工業(yè)化發(fā)展無疑具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 涂料成分及工藝選擇

   　 1.1涂料成分確定

    　激光吸光涂料的成分按其功能分主要有：基料(包括稀釋劑與粘結(jié)劑)、骨料、增稠劑、助劑等。其中，基料主要起到稀釋與粘結(jié)作用，骨料是吸光的主要成分；增稠劑可以調(diào)節(jié)涂料的噴涂工藝性能，其與基料相結(jié)合，能滿足涂料表面成膜的要求，而不同的助劑有不同的功能，在容易出現(xiàn)閃銹的水性涂料中，選用適當(dāng)?shù)闹鷦┛梢员苊忾W銹的產(chǎn)生，在不產(chǎn)生閃銹的涂料體系中，也可以選用適當(dāng)?shù)闹鷦?，以改善涂料的吸光性能。總體而言，激光表面處理用吸收涂料應(yīng)具有：預(yù)涂敷工藝性好，表面平整、厚度均勻，涂層與基體材料附著力好，預(yù)涂敷及__激光處理時(shí)不污染環(huán)境，不腐蝕基體金屬，激光處理后涂料容易清除，價(jià)格較低等特點(diǎn)。

    　1.1.1基料的選用#p#分頁標(biāo)題#e#

    　在涂料預(yù)涂敷后，涂料應(yīng)在較短時(shí)間內(nèi)干燥，即要求稀釋劑有較好的揮發(fā)性。同時(shí)為使涂層與基體材料有較好的附著力，應(yīng)使涂料具有一定的黏度。據(jù)此選用工業(yè)酒精作為稀釋劑，市售蟲膠作為吸收涂料的粘結(jié)劑。選用工業(yè)酒精作為稀釋劑，可以避免閃銹的出現(xiàn)，因此，在助劑選擇中，不需考慮抗閃銹劑。

  　  1.1.2骨料的選用

    　涂料體系中骨料是重要組成部分，也是吸光有效成分用量最大的部分，對(duì)用于激光表面處理的吸收涂料至關(guān)重要。SiO2涂料被認(rèn)為除對(duì)激光有較高的吸收率外，還具有在激光輻射下變成液態(tài)，均勻覆蓋于材料表面，冷卻后形成固態(tài)薄膜[6]，熱處理后容易去除的優(yōu)點(diǎn)。除此之外，SiO2做為涂料骨料還具有來源廣泛、價(jià)格低廉、受熱不反噴等特點(diǎn)。因此，在本試驗(yàn)中選用SiO2做為吸光涂料的骨料。

    　1.1.3增稠體系的選用

    　為滿足吸收涂料的涂敷工藝性及貯存穩(wěn)定性等要求，需在吸收涂料中添加適當(dāng)?shù)脑龀韯?。本文中選用膨潤(rùn)土為增稠劑。

   　 1.1.4助劑的選用

    　稀土可以提高涂料顆粒的表面活性，增加對(duì)光的吸收[7]，因此，選擇稀土氧化物作為涂料助劑。

    　1.2處理工藝選擇

   　 在吸光涂料的試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，不經(jīng)任何處理，直接混合各成分所配置的涂料，噴涂性能不好，涂層蓬松，且厚度不均勻，成型很差。由于表面蓬松，涂層中必定存在較多空隙，空隙的存在會(huì)大大阻礙熱量的傳遞。因此，選擇球磨對(duì)涂料進(jìn)行處理，以改善涂料的成型及吸光性能。球磨可以顯著細(xì)化粉體，隨著物質(zhì)的超細(xì)化，其表面分子排列、電子分布結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)均發(fā)生了變化，產(chǎn)生了奇特的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，從而使得超細(xì)粉體與常規(guī)材料相比具有一系列優(yōu)異的物理、化學(xué)及表面與界面性質(zhì)[8]。球磨前，應(yīng)將各成分按比例混合，球料比(質(zhì)量)15∶1，然后選擇較低的球磨轉(zhuǎn)速300r/min進(jìn)行球磨，這樣可以防止較高能量下球磨時(shí)超細(xì)粉體易發(fā)生的“反粉碎”現(xiàn)象。圖1(a)為未球磨時(shí)的顯微照片，可以看出，未經(jīng)球磨的粉末顆粒大小很不均勻，在小顆粒團(tuán)聚層上面，散布著可以用肉眼看到的大顆粒，顆粒最大直徑可達(dá)2～3μm。并且增稠劑降低了涂料的流動(dòng)性，是涂料表面成型不好的重要原因。

圖1　涂料球磨后微觀形貌

   　 圖1(b)為球磨3h后的粉末顆粒顯微照片。球磨3h后粉末整體體積減小為未球磨時(shí)的1/3。由圖1(b)可以看出，粉體顆粒均勻程度大為改善，最大可見粒徑已降至1μm左右。該涂料噴涂層致密，厚度均勻，成型很好。由此得出：球磨改變了涂料性質(zhì)，改善了其表面成型能力。圖1(c)是球磨12h后的粉末顆粒顯微照片，由照片可以看出，除團(tuán)聚外，已看不出顆粒形貌，無法判斷最大顆粒尺寸。說明長(zhǎng)時(shí)間低能球磨，大大細(xì)化了粉體，且未出現(xiàn)“反粉碎”現(xiàn)象。綜上所述：球磨使粒徑不均勻的粉體細(xì)化、均勻化，大大改善了涂料的噴涂工藝性能及表面成型能力。#p#分頁標(biāo)題#e#