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：

鎂合金具有密度小、比強度和比剛度高、易于加工、資源豐富等優(yōu)點,在汽車、電子及航空航天等領域具有廣闊的應用前景。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轉化膜、陽極氧化、電鍍、微弧氧化、熱噴涂等表面處理技術。化學轉化膜常使用的化學處理液中含有六價鉻等對人體有害且污染環(huán)境的元素，鎂合金的無鉻化學轉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，同時硫酸及其它液體有機溶劑對水及大氣有較大污染。電鍍因為鎂電極電位很低，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，操作時要做好安全保護措施；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備。熱噴涂工藝中涂層與基體的結合主要是物理機械結合，結合強度不高，同時噴霧飛散會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,具有操作靈活、無污染、可有選擇性地對零件局部表面進行改性等特點,這項工藝內在本質是激光掃描過程的熱效應引起材料表層重熔。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，通過精確調整激光輸出參數(shù)，激光重熔工藝可以適應不同的鎂合金材料加工以及控制工藝引起的材料性質變化。但是現(xiàn)有的激光重融處理技術，對重熔層金屬外的基體材料熱影響大，影響金屬基體性能。

技術實現(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。

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)對鎂合金材料進行砂紙打磨去除氧化層，后進行丙酮清洗去油。

(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)的工作臺上，設定激光參數(shù)，啟動激光加工系統(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行簡單清潔。

其中，步驟(2)中設定的激光參數(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作用，使已熔化的極薄表層金屬快速凝固，產生新的表面層。相比于現(xiàn)有相對于化學轉化膜、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、面積等進行精確控制，能得到加工精度和加工范圍遠大于現(xiàn)有的強化工藝。

(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試劑，綠色環(huán)保，被處理材料本身不發(fā)生化學變化，可應用于多種金屬材料。

(3)：該方法可以實現(xiàn)加工區(qū)域的任意設定，相比于化學轉化膜、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，有望在實際生產中提高生產效率。

(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)明實施例所應用的激光加工系統(tǒng)示意圖。

圖3所示為實施例1激光加工后鎂合金表面縱截面。

圖4所示為實施例1激光加工前后鎂合金電化學測試結果。

圖5所示為實施例2激光加工前后鎂合金電化學測試結果。

圖6所示為實施例3激光加工前后鎂合金電化學測試結果。

圖中標號如下：

1、激光器2、x振鏡3、y振鏡4、計算機

5、聚焦鏡6、保護氣7、工作臺

具體實施方式：

下面結合附圖和具體實施例，對本發(fā)明作進一步說明。

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行砂紙打磨去除氧化層，后進行丙酮清洗去油。

(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)的工作臺上，設定激光參數(shù)，啟動激光加工系統(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行簡單清潔。

其中，步驟(2)中設定的激光參數(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)明實施例所應用的設備為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、計算機4、聚焦鏡5、保護氣6及工作臺。如圖2所示。

實施例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)的工作臺上，設置激光功率為70w，頻率為500khz，掃描速度為200mm/s，設置掃描區(qū)域大小為10mm×10mm，調整光斑重合率至20％，啟動激光加工系統(tǒng)開始加工。

(3)從工作臺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)的工作臺上，設置激光功率為80w，頻率為500khz，掃描速度為50mm/s，設置掃描區(qū)域大小為10mm×10mm，光斑重合率調至40％，啟動激光加工系統(tǒng)開始加工。

(3)從工作臺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)的工作臺上，設置激光功率為120w，頻率為20khz，掃描速度為50mm/s，設置掃描區(qū)域大小為10mm×10mm，光斑重合率調至50％，啟動激光加工系統(tǒng)開始加工。

(3)從工作臺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)的工作臺上，設置激光功率為150w，頻率為800khz，掃描速度為500mm/s，設置掃描區(qū)域大小為10mm×10mm，光斑重合率調至60％，啟動激光加工系統(tǒng)開始加工。

(3)從工作臺上取下加工后鎂合金塊，用無水酒精擦拭清理。

實施例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)的工作臺上，設置激光功率為70w，頻率為100khz，掃描速度為20mm/s，設置掃描區(qū)域大小為10mm×10mm，光斑重合率調至20％，啟動激光加工系統(tǒng)開始加工。

(3)從工作臺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手段不僅限于上述技術手段所公開的技術手段，還包括由以上技術特征任意組合所組成的技術方案。本發(fā)明要求保護的范圍以權利要求書界定的范圍為準。