一种热与湿度耦合辅助激光处理提高不锈钢耐点蚀的方法与流程

本发明涉及金属材料表面耐腐蚀加工，尤其涉及一种热与湿度耦合辅助激光处理提高不锈钢耐点蚀的方法。

背景技术：

1、不锈钢良好的力学性能和耐蚀能力，广泛应用在具有苛刻服役环境的工业和建筑领域。不锈钢具有优良耐蚀性的原因在于表面形成保护性钝化膜。然而，当钝化膜在氯离子等侵蚀性环境下受到损伤时，不锈钢发生点蚀等局部腐蚀。因此，以点蚀电位等为指标的耐点蚀能力，是评价不锈钢零部件耐蚀性和钝化能力的关键。目前，工程上常用酸洗钝化液、钝化膏等方法提高不锈钢耐点蚀能力。化学钝化常使用具有腐蚀性的硝酸和柠檬酸等强酸，以及双氧水等强氧化性介质；因此，化学钝化的后处理困难，不满足绿色环保发展趋势。此外，尽管电化学钝化也在部分行业领域得到应用，但是当电化学钝化处理有一定敏化倾向的零部件时，具有发生过钝化倾向。

2、激光能在金属表面形成等离体子冲击、高温瞬时加热并氧化，有助于表面保护性钝化膜的形成。然而，目前国内外公开的激光表面改性提高不锈钢耐蚀性技术，主要从表面超疏水形貌的制备、焊接过程中激光辅助提高焊缝金属的含氮量等方式来提高不锈钢耐蚀性。此外，专利[cn202210315841.6]公开了一种不锈钢耐腐蚀黑雕的激光加工方法，采用皮秒激光打标制备黑色表面并通过9h的盐雾试验。然而，9h盐雾试验往往不能满足海洋环境服役的耐蚀性要求。如何大面积环保高效地对不锈钢表面进行耐点蚀能力的改性，目前仍存在挑战。

3、从不锈钢钝化膜形成原理角度，激光处理提高不锈钢钝化膜耐蚀性的途径，主要是通过激光作用下表面形成连续的富铬氧化膜。由于激光光斑在金属表面作用快、光斑能量聚焦，加之金属导热能力强，不锈钢基体的温度波动及其环境温湿度变化对激光作用下金属表面富铬钝化膜的形成有很大影响，往往可能造成钝化质量不稳定、耐蚀性反而降低等问题。因此，采用何种方法保证不锈钢能够获得质量稳定、耐点蚀性能优异的钝化膜，是当前激光处理提升不锈钢耐蚀性的关键。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种热与湿度耦合辅助激光处理提高不锈钢耐点蚀的方法。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种热与湿度耦合辅助激光处理提高不锈钢耐点蚀的方法，包括如下步骤：

3、利用加热装置对清洁处理后的目标不锈钢工件进行预加热至预设温度范围并保温；

4、在保温状态下利用辅助加湿装置对所述目标不锈钢工件进行加湿处理，并控制所述目标不锈钢工件表面环境的相对湿度在预设湿度范围内；

5、在所述预设温度范围和预设湿度范围内的环境条件下，采用脉冲激光束处理不锈钢表面，并在所述目标不锈钢工件表面形成连续致密的保护性氧化膜。

6、本发明的有益效果是：本发明的热与湿度耦合辅助激光处理提高不锈钢耐点蚀的方法，采用加热保温和高湿度耦合辅助激光处理，在目标不锈钢工件表面形成连续致密的保护性氧化膜，加热手段保证了不锈钢基体温度的可控性并防止因热传导不均一导致的钝化膜质量不稳定性，高湿度环境为激光处理提高不锈钢钝化能力提供了活性氧环境，弥补了因加热导致表面水汽减少的不利作用，同时避免了常规化学/电化学钝化的环境潜在危害与后处理、表面潜在损伤等方面的不足，具有绿色高效环保、表面钝化质量稳定可控的技术特点。

7、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

8、进一步：所述在对清洁处理后的所述目标不锈钢工件进行预加热之前，在所述加热装置与所述目标不锈钢工件之间放置隔离板。

9、上述进一步方案的有益效果是：通过在所述加热装置与所述目标不锈钢工件之间放置隔离板，可以对所述目标不锈钢工件起到保护作用，避免所述目标不锈钢工件被污染，同时有利于对所述目标不锈钢工件进行更加均匀的加热。

10、进一步：所述隔离板采用不锈钢材质，且所述隔离板的厚度不大于1mm。

11、上述进一步方案的有益效果是：采用不锈钢材质，一方面保持与所述目标不锈钢工件相同的材质，有利于控制预加热温度，另一方面不锈钢材质导热性好，加热效率高。

12、进一步：所述预设温度范围为45-95℃，所述预设湿度范围为65％以上。

13、进一步：所述辅助加湿装置对所述目标不锈钢工件进行加湿处理的具体方法包括：所述辅助加湿装置产生水汽，并喷洒在所述目标不锈钢工件表面，所述加热装置产生水汽的加湿液体为超纯水，或者含有双氧水和柠檬酸的溶液。

14、上述进一步方案的有益效果是：通过所述辅助加湿装置产生水汽，可以改变所述目标不锈钢工件表面的环境湿度，通过采用超纯水，或者含有双氧水和柠檬酸的溶液，可以使得激光作用于金属表面产生的大量等离子体使高湿度环境下金属表面大量水分子分解为活性氧，从而使得目标不锈钢工件的金属表面形成高质量的保护性富铬钝化膜，大大提高了不锈钢的耐蚀性。

15、进一步：所述辅助加湿装置包括顶壁设置有透光板的湿度保持盒、湿度传感器、加湿装置和排风扇，所述湿度保持盒放置在所述目标不锈钢工件表面，所述湿度保持盒的底壁上设有用于激光通过的开孔，所述加湿装置设置在所述湿度保持盒的一侧，且所述加湿装置与所述湿度保持盒连通，所述湿度传感器设置在所述湿度保持盒内，且所述湿度传感器与所述加湿装置电连接，所述脉冲激光束进入所述湿度保持盒并经由所述开孔照射至所述目标不锈钢工件表面，所述排风扇设置在所述湿度保持盒的另一侧侧壁上，且所述排风扇与所述湿度保持盒连通，所述加热装置设置在所述湿度保持盒的内底壁上，并位于所述开孔的一侧。

16、上述进一步方案的有益效果是：通过所述湿度传感器可以实时检测所述湿度保持盒内以及目标不锈钢工件表面的环境湿度，并由所述加湿装置进行反馈控制，使得所述湿度保持盒内以及目标不锈钢工件表面的环境湿度恒定在预设湿度范围内，通过所述排风扇可将加湿气体的排放，自动化控制。

17、进一步：所述辅助加湿装置还包括定位杆，所述定位杆的一端与所述湿度保持盒连接，所述定位杆的另一端设置有用于出射所述脉冲激光束的激光头，且所述激光头位于所述开孔的正上方。

18、上述进一步方案的有益效果是：通过设置所述定位杆可以固定和支撑用于出射所述脉冲激光束的激光头，以便于所述激光头出射的所述脉冲激光束准确、顺利照射至所述目标不锈钢工件的表面。

19、进一步：所述辅助加湿装置还包括吸湿器，所述吸湿器与所述排风扇连通。

20、上述进一步方案的有益效果是：通过设置所述吸湿器，可以实现所述加湿气体的自动回收，具有绿色高效、余气排放回收可控的优点。

21、进一步：所述脉冲激光束的激光功率为90w-170w，搭接率为20-75％，脉宽大于等于60ns。

22、一种采用所述的热与湿度耦合辅助激光处理提高不锈钢耐点蚀的方法制得的不锈钢制品。

技术特征：

1.一种热与湿度耦合辅助激光处理提高不锈钢耐点蚀的方法,其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的热与湿度耦合辅助激光处理提高不锈钢耐点蚀的方法,其特征在于，所述在对清洁处理后的所述目标不锈钢工件(13)进行预加热之前，在所述加热装置(12)与所述目标不锈钢工件(13)之间放置隔离板。

3.根据权利要求2所述的热与湿度耦合辅助激光处理提高不锈钢耐点蚀的方法,其特征在于，所述隔离板采用不锈钢材质，且所述隔离板的厚度不大于1mm。

4.根据权利要求3所述的热与湿度耦合辅助激光处理提高不锈钢耐点蚀的方法,其特征在于，所述预设温度范围为45-95℃，所述预设湿度范围为65％以上。

5.根据权利要求1所述的热与湿度耦合辅助激光处理提高不锈钢耐点蚀的方法,其特征在于，所述辅助加湿装置对所述目标不锈钢工件(13)进行加湿处理的具体方法包括：所述辅助加湿装置产生水汽，并喷洒在所述目标不锈钢工件(13)表面，所述加热装置(12)产生水汽的加湿液体为超纯水，或者含有双氧水和柠檬酸的溶液。

6.根据权利要求5所述的热与湿度耦合辅助激光处理提高不锈钢耐点蚀的方法,其特征在于，所述辅助加湿装置包括顶壁设置有透光板的湿度保持盒(4)、湿度传感器(5)、加湿装置(8)和排风扇(9)，所述湿度保持盒(4)放置在所述目标不锈钢工件(13)表面，所述湿度保持盒(4)的底壁上设有用于激光通过的开孔(6)，所述加湿装置(8)设置在所述湿度保持盒(4)的一侧，且所述加湿装置(8)与所述湿度保持盒(4)连通，所述湿度传感器(5)设置在所述湿度保持盒(4)内，且所述湿度传感器(5)与所述加湿装置(8)电连接，所述脉冲激光束(3)进入所述湿度保持盒(4)并经由所述开孔(6)照射至所述目标不锈钢工件(13)表面，所述排风扇(9)设置在所述湿度保持盒(4)的另一侧侧壁上，且所述排风扇(9)与所述湿度保持盒(4)连通，所述加热装置(12)设置在所述湿度保持盒(4)的内底壁上，并位于所述开孔(6)的一侧。

7.根据权利要求6所述的热与湿度耦合辅助激光处理提高不锈钢耐点蚀的方法,其特征在于，所述辅助加湿装置还包括定位杆(2)，所述定位杆(2)的一端与所述湿度保持盒(4)连接，所述定位杆(2)的另一端设置有用于出射所述脉冲激光束(3)的激光头(1)，且所述激光头(1)位于所述开孔(6)的正上方。

8.根据权利要求6所述的热与湿度耦合辅助激光处理提高不锈钢耐点蚀的方法,其特征在于，所述辅助加湿装置还包括吸湿器(11)，所述吸湿器(11)与所述排风扇(9)连通。

9.根据权利要求1-8任一项所述的热与湿度耦合辅助激光处理提高不锈钢耐点蚀的方法,其特征在于，所述脉冲激光束(3)的激光功率为90w-170w，搭接率为20-75％，脉宽大于等于60ns。

10.一种采用权利要求1-9任一项所述的热与湿度耦合辅助激光处理提高不锈钢耐点蚀的方法制得的不锈钢制品。

技术总结
本发明涉及一种热与湿度耦合辅助激光处理提高不锈钢耐点蚀的方法，包括利用加热装置对目标不锈钢工件进行预加热至预设温度范围并保温；在保温状态下利用辅助加湿装置对目标不锈钢工件进行加湿处理至预设湿度范围内；在预设温度和湿度范围的环境条件下，采用脉冲激光束处理不锈钢表面，并在目标不锈钢工件表面形成连续致密的保护性氧化膜。本发明采用加热保温和高湿度耦合辅助激光处理，在目标不锈钢工件表面形成连续致密的保护性氧化膜，加热保证了不锈钢基体温度的可控性及钝化膜的稳定性，高湿度环境为激光处理提供了活性氧环境，弥补了因加热导致表面水汽减少的不利作用，同时避免了对环境潜在危害、表面潜在损伤等方面的不足，绿色高效环保。

技术研发人员：刘顿,张骆,李倩靓,程从前,赵杰,曹铁山
受保护的技术使用者：武汉金顿激光科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27