专利名称：一种达克罗烧结固化方法
技术领域：
本发明属于激光技术应用领域，具体涉及一种达克罗防腐涂层的激光烧结固化方法，该方法适用于各种尺寸、形状和多种材质工件表面的达克罗防腐涂层固化处理。
背景技术：
达克罗涂层具有优良的耐蚀性、无氢脆、低污染等特点，因此被认为会逐步取代镀锌、镀镉和磷化等表面防腐涂覆技术，但其取代速度却受到达克罗技术成本的严重制约。达克罗成本高昂的一个重要原因就是现有的烧结固化工艺能耗大。如果是大型工件，或者是部分表面需要涂覆的工件，情况则尤为突出。目前达克罗涂层的主流烧结固化工艺为将涂覆好的工件置于烧结固化炉中(通常是电炉，也有油炉和燃气炉，电炉成本稍低、效果较好)，在70 80°C的环境下预热烘烤，保温8 lOmin，其作用是使水分挥发；然后升温至 300°C左右，固化约30min的时间。这种烧结固化工艺，是将工件总体升温，因此能耗很大， 造成烧结固化成本高昂。如果是大型工件，或者是部分表面需要涂覆的工件，情况则尤为突出ο为了降低达克罗防腐涂层的烧结固化成本，人们进行了改进方法的研究。美国 MCI公司等通过采用新型的还原剂，成功降低了固化温度和时间，使得其烘烤工艺改进为 177 232°C下加热15min，然后进行第二遍涂覆后在274 316°C下烘烤15min，比起传统的达克罗烘烤固化时间降低了约1/4。这种方法技术难度大，目前还只有美国掌握。葛世名和刘建国([1]葛世名，李工一，黄大卓等，高红外达克罗膜层快速烧结实验，材料保护，2000，v33, p4，p29-30o [2]刘建国，龚高平，严川伟，达克罗涂层的辐射固化及其耐蚀性能研究，腐蚀科学与防护技术，2006，vl8, n2, pll2_114.)等探索了采用高红外技术进行达克罗涂层的快速固化方法，发现达克罗高红外成膜较传统工艺烘干时间可缩短1/2，烧结时间仅为传统工艺的1/3 1/10，固化时间只需3 5min即可完成，且膜层质量符合工艺要求。他们的研究结果表明采用红外辐射表面热源方式，可以很好地烧结固化达克罗；可以大大降低固化时间，降低能耗和提高生产效率；此外采用红外辐射加热，既具有涂层穿透特性，又可实现能量快速传递，使工件急骤升温，有利于干燥及烧结工艺的实现。但是目前这种红外辐照的方法的研究也刚刚起步。更重要的是由于红外辐照需要使用反射罩以提高能量利用效率，高红外反射罩在使用过程中极易被污染，其反射率会逐步下降，导致能量利用率下降。此外对于大型或形状复杂的工件，红外辐射的烧结固化方法一样存在难以适应的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种达克罗烧结固化方法，该方法能够大大的降低达克罗涂层的烧结固化能耗，从而降低工业成本，且操作方便，适应任何形状和尺寸的工件。本发明提供的一种达克罗烧结固化方法，将激光光束经整形后在达克罗表层形成边长约5mm IOOmm的矩形或长度为5mm IOOmm的线性光斑，对整个达克罗表层进行扫描，使达克罗涂层吸收激光能量温度升高从而实现固化，所述激光束的功率为50W 5000W，扫描速度为lmm/s 500mm/s，扫描间距为0. 5mm 100mm。本发明采用激光辐照达克罗涂层表面，由于达克罗涂层和工件表层经激光辐照后瞬时吸收大量的热量导致温度升高，达克罗涂层的水分挥发、有机溶剂离解或者气化，从而使达克罗涂层实现固化。由于激光是一种表面热源，因而在烘烤固化达克罗涂层时，只对涂层及基材表面进行升温，所以能够大大降低能耗；由于激光的功率密度较高，并很容易随着光斑大小改变，因而会像红外辐射一样，使工件快速升温，有利于快速干燥及烧结。此外配合数控技术和光纤技术，很容易实现扫描，可以很方便地对大型工件和不规则形状的工件进行加工。
图1是激光烧结固化达克罗涂层的装置示意图；图2是激光烧结固化达克罗烘烤工艺过程图。
具体实施例方式在高功率的激光辐照下，达克罗涂层由于吸收激光能量从而迅速升温，使原液中的水分蒸发、纳米级金属片状颗粒等成分受热粘连，从而使达克罗涂层整体固化，如果配合数控技术和光纤技术，就很容易对各种工件进行扫描，从而使其得到固化效果。本发明方法基于高能量激光束辐照达克罗涂层，使涂层瞬时吸收大量的热量导致温度升高，降低固化所需要的时间从而提高固化工作效率。由于激光只能穿透涂层及基体材料表面，因此只对涂层及基体材料表面进行加热，基体材料只吸收很少的激光能量。因此对比炉子整体烧结固化，本发明所提供的方法可以大大降低能耗和成本。本发明基于上述原理设计而成。下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。如图1所示，激光器1所发出的原始激光2经过45°反射镜3及光路整形系统4 后变成均勻的矩形或者线性光斑5，该矩形或者线性光斑5对置于基底材料7上的达克罗涂层6进行辐照。由于涂层6吸收激光能量而升温，使得涂层6固化。原始激光功率范围可在50W 5000W，聚焦成边长为5mm IOOmm的矩形光斑或者长度为5mm IOOmm的线性光斑。涂层6的固化是根据图2的工艺过程进行固化的，涂层6吸收激光能量而升温，从而使得涂层内的水分气化，有机溶剂气化、离解、并与涂层内的铬合物发生化学反应，六价铬被还原剂还原成三价铬，生成的无定型复合铬酸盐化合物(mCr03. IiCr2O3)作为粘合剂与数十层纳米级片状金属颗粒相互结合形成致密保护涂层。从而实现达克罗涂层固化。通过移动激光光斑或者工件，逐行扫描即可以实现大面积的达克罗涂层固化。扫描间距根据光斑宽度而定，在光斑宽度或者一半之间，为0. 5mm 100mm。实例1 在矩形不锈钢基底上预先涂覆一层厚度约为10 μ m的达克罗涂层；采用功率为 10001，光斑大小为010讓原始光斑；经过光束整形装置后，光斑变成50mmX IOmm的均勻矩形光斑；通过计算机数控系统控制采用矩形扫描路径，以扫描速度为250mm/s、扫描间距为 8mm对涂层进行扫描；由于吸收了激光能量，激光辐照区内的达克罗涂层温度迅速升高，使得涂层内的水分气化，有机溶剂气化、离解、并与涂层内的铬合物发生化学反应，六价铬被还原剂还原成三价铬，生成的无定型复合铬酸盐化合物(mCr03. IiCr2O3)作为粘合剂与数十层纳米级片状金属颗粒相互结合形成致密保护涂层。从而实现达克罗涂层固化。实例2-4:其流程如实例1，工艺参数如下表所示。
权利要求
1. 一种达克罗烧结固化方法，将激光光束经整形后在达克罗表层形成边长约5mm IOOmm的矩形光斑或长度为5mm IOOmm的线性光斑，对整个达克罗表层进行扫描，使达克罗涂层吸收激光能量温度升高从而实现固化，所述激光束的功率为50 W 5000W，扫描速度为lmm/s 500mm/s，扫描间距为0. 5mm 100mm。
全文摘要
本发明公开了一种达克罗烧结固化方法，将激光光束经整形后在达克罗表层形成边长约5mm～100mm的矩形或长度约5mm～100mm的线性光斑，对整个达克罗表层进行扫描，使达克罗涂层吸收激光能量温度升高从而实现固化，所述激光束的功率为50～5000W，扫描速度为1mm/s～500mm/s，扫描间距为0.5mm～100mm。本发明采用激光辐照达克罗涂层，涂层在激光辐照下迅速升温而达到烧结固化效果，由于激光是一种表面热源，因而在烘烤固化达克罗涂层时，只对涂层及基材表面进行升温，所以能够大大降低能耗；由于激光的功率密度较高，并很容易随着光斑大小改变，使工件快速升温，有利于快速干燥及烧结。此外配合数控技术和光纤技术，很容易实现扫描，可以很方便地对大型工件和不规则形状的工件进行加工。
文档编号B05D3/02GK102205304SQ201110120000
公开日2011年10月5日 申请日期2011年5月10日 优先权日2011年5月10日
发明者何崇文, 余亮英, 刘川铭, 朱海红 申请人:华中科技大学