[发明专利]一种基于激光冲击实现厚涂层去除和基体表面改形改性的方法

说明书

本发明提供了一种基于激光冲击实现厚涂层去除和基体表面改形改性的方法，包括如下步骤：利用激光刻蚀的方法对涂层进行刻蚀分区；利用短脉冲激光冲击刻蚀分区后的涂层，使短脉冲冲击激光与涂层表面相互作用产生的冲击波从涂层向基体传导，利用涂层和基体的阻抗不同导致界面处阻抗不匹配，界面处反射拉伸波强度超过界面结合强度，使剥落涂层；同时产生的冲击波透过界面作用于基体表面，用于强化基体表面。本发明通过对待去除区域进行冲击，实现剥落厚涂层的目的；与此同时激光冲击将诱导基体发生塑性变形，实现基体表面的强化并形成表面织构形貌，粗糙化基体表面，有利于提高新涂层和基体之间的结合强度。

技术领域

本发明涉及激光先进制造领域或者激光冲击技术领域，特别涉及一种基于激光冲击实现厚涂层去除和基体表面改形改性的方法。

背景技术

工程应用中，尤其是很多重大装备的表面需涂覆厚涂层。比如，飞机蒙皮由底漆、防腐漆层、面漆等构成；各类工作在高温热循环工况装备的表面通常有热障涂层等。无论是飞机蒙皮表面油漆，还是热障涂层，这类涂层的共同特点是厚度厚，飞机蒙皮表面漆层总厚度可达数毫米，热障涂层也可达数百微米。此外，这类厚涂层由于装备工况恶劣和安全系数要求高等原因，一般涂层与基体结合强度非常高。飞机蒙皮、坦克外壳等在服役一段时间后，表面油漆会因外力、辐射和气流冲刷等原因导致出现脱落、龟裂和老化等显性损伤或者隐形损伤，需要去除整体或者局部的旧漆层，以便于涂覆新涂层。航空发动机表面热障涂层，服役一段时间后需要局部或者整体去除热障涂层，以便于涂覆新涂层。目前，厚涂层的去除采用化学清洗、喷砂或者手工打磨的方式，存在不环保、效率低和基体损伤等问题。激光清洗作为近年来迅速发展起来的新兴清洗方式，利用激光与待去除物相互作用，去除待去除物。这种方法已经被广泛用于去除铁锈、氧化皮、油污等薄层污染物，激光去除待去除物的机制为：利用短脉冲或者超短脉冲激光的极高峰值功率密度光束作用于待去除雾，使之达到气化点，最终气化去除待去除雾。此类方法的优点是，可以精确去除待去除物。此类方法的缺点，去除效率低，有直接作用于基体和损伤基体的风险。这就限制了基于气化烧蚀机制的激光清洗方法在大面积工程应用和重大工程装备中的应用。

针对飞机蒙皮的激光清洗技术，人们也努力探寻了一些实验室内利用激光清洗模拟飞机蒙皮的铝合金涂漆材料的方法和装置。现有技术提出的一种激光去除飞机蒙皮表面涂层的方法可以快速有效地去除铝蒙皮表面油漆涂层，通过调节激光工艺参数，包括激光输出平均功率P、激光光斑大小D、激光重复频率f、激光扫描线宽、扫描速度v和扫描纵向搭接间距l等参数，来达到去除漆层的目的。但是该现有技术涉及的领域仍只是主要依靠激光的热烧蚀效应去除漆层，并且效率依旧低下。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于激光冲击实现厚涂层去除和基体表面改形改性的方法，通过采用激光冲击的方法对待去除区域进行冲击，配合涂层与基体界面处的阻抗不匹配特性，由此实现剥落厚涂层的目的；与此同时激光冲击将诱导基体发生塑性变形，实现基体表面的强化并形成表面织构形貌，粗糙化基体表面，有利于提高新涂层和基体之间的结合强度。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于激光冲击实现厚涂层去除和基体表面改形改性的方法，包括如下步骤：

利用激光刻蚀的方法对涂层进行刻蚀分区；利用短脉冲激光冲击刻蚀分区后的涂层，使短脉冲冲击激光与涂层表面相互作用产生的冲击波从涂层向基体传导，利用涂层和基体的阻抗不同导致界面处阻抗不匹配，界面处反射拉伸波强度超过界面结合强度，使剥落涂层；同时产生的冲击波透过界面作用于基体表面，用于强化基体表面。

进一步，通过提高短脉冲冲击激光与涂层表面相互作用所产生的冲击波大小，使冲击波透过界面在基体表面产生微凹坑，用于提高基体表面粗糙度。

进一步，所述短脉冲激光为纳秒激光。