[发明专利]一种扫描式激光复合化学抛光装置及方法

说明书

本发明提供了一种扫描式激光复合化学抛光装置及方法，利用本发明装置和方法处理可得到表面具有低粗糙度抛光层的钛合金工件，本发明方法无需预处理，可以有效降低钛合金表面粗糙度，提高表面光泽度，提高表面质量，同时本发明不受工件尺寸限制，可实现大型钛合金工件的现场抛光处理。

技术领域

本发明涉及一种扫描式激光复合化学抛光装置及方法，属于精密表面处理技术领域。

背景技术

钛及钛合金具有密度小、抗腐蚀性能好、比强度高等一系列优异的特性，因而广泛应用于航空、航天、医疗等各个领域。但随着各种工业上对钛及钛合金表面平整要求的不断提高，制备出表面光亮平整的钛及钛合金就显得尤为重要。化学抛光即酸腐蚀，是指让化学介质中表面微观凸出的部分较凹部分优先溶解，从而得到平滑面，所采用的化学介质一般为氢氟酸或含氟离子的酸性溶液。但是氢氟酸是一种高毒物质，极易挥发到空气中，对环境和人体会产生巨大危害。而且在激光灯高温下会产生爆炸。除此之外，由于化学抛光还存在抛光效率低、抛光效果低以及处理尺寸受限的问题。

由于激光特有的优良属性，自从20世纪中期激光器的研制成功以来，激光已被广泛应用于科学技术研究和工业生产。当激光作用于液相中的金属表面时，激光的热效应会在金属表面产生局部的电场以及加速局部区域的化学反应动力，这能有效提高化学抛光的速率以及质量。

因此，本发明结合激光和化学抛光的特性，在配置具有环保中性的化学抛光液的基础上，将激光束和水射流耦合，对钛合金工件进行激光复合化学抛光处理，以此来改善零件表面的粗糙度和光洁度。本发明能突破传统化学抛光对处理工件尺寸的限制，可实现大型工件乃至现场的抛光处理。再者，本发明无需繁琐的气密性装置，装置简单，稳定性高，只需要补充母液(对环境污染小)，可循环使用，利用率高。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种扫描式激光复合化学抛光装置及方法。利用本发明装置和方法处理可得到表面具有低粗糙度抛光层的钛合金工件。本发明方法无需预处理，可以有效降低钛合金表面粗糙度，提高表面光泽度，提高表面质量。同时本发明不受工件尺寸限制，可实现大型钛合金工件的现场抛光处理。

本发明的技术方案如下：

一种扫描式激光复合化学抛光装置，包括：扫描振镜系统、喷嘴、储存槽、回收槽；所述储存槽内设有抽水泵、搅拌器、加热棒、温度计，并且储存槽内装有化学抛光液，所述抽水泵经流量阀与喷嘴连接，所述回收槽与储存槽的底部通过管道连通，回收槽的上方设置待处理的工件，所述扫描振镜系统位于工件上方；

进一步，所述喷嘴的出口尺寸为10mm，其倾斜角度α＝45-60°。

本发明还提供了利用上述装置进行扫描式激光复合化学抛光的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)按如下组分组成配制化学抛光液：20-50g/L苹果酸、50-100mL/L乳酸、60-120g/L氯化钠、50-200g/L磷酸三钠，溶剂为水；

以上配方中，苹果酸有机酸对金属离子具有络合剂作用，处理过程中能促进金属离子离开工件表面，有利于材料的去除；乳酸中含有羟基，能有效防止腐蚀和过腐蚀；

(2)激光复合化学抛光处理：将化学抛光液加入储存槽中，开启搅拌器并通过加热棒和温度计维持温度在30～50℃，化学抛光液在抽水泵和喷嘴的共同作用下形成水射流喷向工件表面，从而在工件表面形成一层动态的水流层，同时激光在扫描振镜系统的控制下对加工区域进行扫描，扫描振镜系统和喷嘴(均固定于机床上)两者同时运动完成激光复合化学抛光处理；

工件材质为钛合金；

化学抛光液的温度维持在30-50℃，温度太低，不利于抛光，温度太高会使氯离子、磷酸根离子活动增大，在钛合金表面产生腐蚀烧灼现象；