[发明专利]一种石墨烯改性的激光冲击强化用胶带及其制备方法

说明书

本发明属于零件表面处理技术领域，涉及一种石墨烯改性的激光冲击强化用胶带及其制备方法；本发明在胶带的背面涂以橡胶型压敏胶，提高与零件表面的粘附力；在胶带的正面喷涂一层石墨烯改性的涂层，通过石墨烯改性涂层提高激光吸收率；通过综合力学性能较优的聚氯乙烯胶带基体提高抗激光诱导等离子体冲击波的破坏，并传递更多的冲击力，从而在零件表面产生更高幅值和更深层的残余压应力层；该胶带具有比传统黑色胶带更高的激光能量利用率、更低的胶带破损率；将激光吸收层涂料通过压缩气体驱动喷涂的方式涂覆在胶带表面，可以在胶带表面获得均匀的涂层，提高激光冲击强化的均匀性。

技术领域

本发明属于零件表面处理技术领域，涉及一种石墨烯改性的激光冲击强化用胶带及其制备方法。

背景技术

激光冲击强化技术是一种先进的表面强化技术，该技术利用激光诱导产生的高能等离子冲击波的力学效应，使零件表面产生塑性变形层和残余压应力层，从而提高零件的疲劳性能。因具有良好的高周疲劳性能增益效果，被国内外航空制造厂商所广泛采用，应用于多种零件的制造中。

激光吸收层及其涂覆技术是激光冲击强化的关键技术之一，关系到强化后的零件表面质量优劣。激光吸收层覆盖在零件表面，其主要作用有三：1)吸收激光脉冲能量，并在吸收层表面产生等离子冲击波，2)阻挡等离子冲击波的热作用，3)传递等离子冲击波的力，使材料表面发生塑性变形。

目前，常用的激光吸收层为铝箔或黑色胶带。铝箔对激光的反射率较高，因而激光脉冲的能量利用率低。因此，越来越多选择黑色胶带替代，其材质通常为聚氯乙烯(PVC)，一面涂以橡胶型压敏胶，提高对金属的粘性，该胶带具有一定的良好的隔热、传递力的作用。然而，选用黑色胶带时，在激光吸收率与胶带材料的刚度之间难以兼得，高激光吸收率的胶带通常刚度较低，等离子冲击波的力的传递率下降，强化效果打折扣；而刚度较好的胶带则激光吸收率较低，激光能量利用率低，需要更高的激光脉冲能量才能达到高喷丸强度的强化效果。

发明内容

本发明的目的是：提出了一种石墨烯改性的激光冲击强化用胶带及其制备方法，通过涂层+基带制备功能梯度胶带，达到高的激光吸收率与冲击力传递兼得的效果，提高激光冲击强化效果，满足高品质零件疲劳性能提升的需求。

本发明的技术方案是：

一种石墨烯改性的激光冲击强化用胶带，其特征在于：所述胶带为聚氯乙烯胶带，背面涂以橡胶型压敏胶，总厚度为0.05～1mm，对钢板粘性0.39～0.98oz./mm，对带基粘性0.39～0.98oz./mm，最大延伸率100％～200％，断裂强度0.47～0.63lbs/mm；该胶带的正面喷涂了一层石墨烯改性的涂层，该涂层由聚氨酯树脂、石墨烯、氧化铁黑、功能助剂及去离子水组成，各组元的含量分别为X、Y、Z、R和T，其中，X+Y+Z+R+T＝1，X＝50％～70％，Y＝0.1％～5％，Z＝10％～30％，R＝1％～10％，T＝0％～20％，均为质量百分比。。

所述橡胶型压敏胶是由天然橡胶、丁苯橡胶、萜烯树脂、防老剂、松香脂、甘油、汽油－甲苯混合溶剂组成。

所述聚氨酯树脂为水性乳液，固含量为10％～60％(质量百分比)。

所述石墨烯为粉末或包含水性石墨烯浆料。

所述功能助剂为硬脂酸钠或油酸钠。

所述石墨烯改性的涂层的固化时间为常温下1～3h，50～80℃条件下0.5～2h。

所述石墨烯改性的涂层的激光能量利用率比传统的黑色胶带更高，在相同激光工艺参数下处理的阿尔门试片的弧高度值比传统的黑色胶带处理的弧高度值大10％及以上。

所述石墨烯改性的激光冲击强化用胶带的延伸率为100％～200％，在激光功率密度为8～10GW/cm²、搭接率为临界0％的条件下的破损率不超过0.1％