摘要：

　　激光加工技術實現了光、機、電技術相結合，是一種先進製造技術，目前正處於(yu) 向傳(chuan) 統製造技術中許多工藝過程積極滲透的階段。金屬基體(ti) 表麵反光嚴(yan) 重，在激光加工過程中造成了大量光能損失。在激光相變硬化或熔凝處理中，吸光塗料在提高光能利用率方麵起到了重要作用。本文介紹了吸光塗料應具有的性能要求、成分選擇及工藝選擇；並利用正交試驗方法對塗料配比及工藝進行了優(you) 化，得出最優(you) 塗料，並利用紅外吸收光譜對試驗結果進行了驗證，最終確定了最優(you) 塗料。

關(guan) 鍵詞：吸光塗料；正交試驗；吸收光譜；激光

0 引言

　　由於(yu) CO2激光器具有輸出功率高、穩定、連續可調、壽命長等優(you) 點，所以金屬材料的激光表麵處理多利用高功率CO2激光加熱金屬[1]。大多數金屬對CO2激光都有很高的反射率，一般高於(yu) 70%，而光亮的金屬甚至可達80%～90%[2]。這是對金屬材料進行激光表麵改性處理的一大障礙[3]。這不僅(jin) 造成了大部分寶貴的激光能量的損失，而且也嚴(yan) 重威脅著操作人員的身體(ti) 健康。因此，在激光熱處理中，如何提高金屬表麵對激光輻照能量的吸收率，從(cong) 而使寶貴的激光能量得到充分的利用，降低激光熱處理的生產(chan) 成本是一個(ge) 非常重要的問題。在金屬表麵預置塗覆層，可以顯著提高激光吸收率[4-5]。國內(nei) 外曾采用的磷化及塗敷炭黑或石墨的黑化方法存在一係列問題，如吸收率較低、熱穩定性差、隨溫度升高吸收率下降、清除困難、有汙染等缺點。國內(nei) 幾種塗料由於(yu) 技術還未成熟，價(jia) 格也比較昂貴，不適合工業(ye) 化生產(chan) 。因此研製一種性能良好，價(jia) 格低廉的新型激光表麵處理吸收塗料，對推動激光處理工業(ye) 化發展無疑具有十分重要的現實意義(yi) 和經濟價(jia) 值。

1 塗料成分及工藝選擇

   　 1.1塗料成分確定

    　激光吸光塗料的成分按其功能分主要有：基料(包括稀釋劑與(yu) 粘結劑)、骨料、增稠劑、助劑等。其中，基料主要起到稀釋與(yu) 粘結作用，骨料是吸光的主要成分；增稠劑可以調節塗料的噴塗工藝性能，其與(yu) 基料相結合，能滿足塗料表麵成膜的要求，而不同的助劑有不同的功能，在容易出現閃鏽的水性塗料中，選用適當的助劑可以避免閃鏽的產(chan) 生，在不產(chan) 生閃鏽的塗料體(ti) 係中，也可以選用適當的助劑，以改善塗料的吸光性能。總體(ti) 而言，激光表麵處理用吸收塗料應具有：預塗敷工藝性好，表麵平整、厚度均勻，塗層與(yu) 基體(ti) 材料附著力好，預塗敷及__激光處理時不汙染環境，不腐蝕基體(ti) 金屬，激光處理後塗料容易清除，價(jia) 格較低等特點。

    　1.1.1基料的選用#p#分頁標題#e#

    　在塗料預塗敷後，塗料應在較短時間內(nei) 幹燥，即要求稀釋劑有較好的揮發性。同時為(wei) 使塗層與(yu) 基體(ti) 材料有較好的附著力，應使塗料具有一定的黏度。據此選用工業(ye) 酒精作為(wei) 稀釋劑，市售蟲膠作為(wei) 吸收塗料的粘結劑。選用工業(ye) 酒精作為(wei) 稀釋劑，可以避免閃鏽的出現，因此，在助劑選擇中，不需考慮抗閃鏽劑。

  　  1.1.2骨料的選用

    　塗料體(ti) 係中骨料是重要組成部分，也是吸光有效成分用量最大的部分，對用於(yu) 激光表麵處理的吸收塗料至關(guan) 重要。SiO2塗料被認為(wei) 除對激光有較高的吸收率外，還具有在激光輻射下變成液態，均勻覆蓋於(yu) 材料表麵，冷卻後形成固態薄膜[6]，熱處理後容易去除的優(you) 點。除此之外，SiO2做為(wei) 塗料骨料還具有來源廣泛、價(jia) 格低廉、受熱不反噴等特點。因此，在本試驗中選用SiO2做為(wei) 吸光塗料的骨料。

    　1.1.3增稠體(ti) 係的選用

    　為(wei) 滿足吸收塗料的塗敷工藝性及貯存穩定性等要求，需在吸收塗料中添加適當的增稠劑。本文中選用膨潤土為(wei) 增稠劑。

   　 1.1.4助劑的選用

    　稀土可以提高塗料顆粒的表麵活性，增加對光的吸收[7]，因此，選擇稀土氧化物作為(wei) 塗料助劑。

    　1.2處理工藝選擇

   　 在吸光塗料的試驗過程中發現，不經任何處理，直接混合各成分所配置的塗料，噴塗性能不好，塗層蓬鬆，且厚度不均勻，成型很差。由於(yu) 表麵蓬鬆，塗層中必定存在較多空隙，空隙的存在會(hui) 大大阻礙熱量的傳(chuan) 遞。因此，選擇球磨對塗料進行處理，以改善塗料的成型及吸光性能。球磨可以顯著細化粉體(ti) ，隨著物質的超細化，其表麵分子排列、電子分布結構和晶體(ti) 結構均發生了變化，產(chan) 生了奇特的表麵效應、小尺寸效應、量子效應和宏觀量子隧道效應，從(cong) 而使得超細粉體(ti) 與(yu) 常規材料相比具有一係列優(you) 異的物理、化學及表麵與(yu) 界麵性質[8]。球磨前，應將各成分按比例混合，球料比(質量)15∶1，然後選擇較低的球磨轉速300r/min進行球磨，這樣可以防止較高能量下球磨時超細粉體(ti) 易發生的“反粉碎”現象。圖1(a)為(wei) 未球磨時的顯微照片，可以看出，未經球磨的粉末顆粒大小很不均勻，在小顆粒團聚層上麵，散布著可以用肉眼看到的大顆粒，顆粒最大直徑可達2～3μm。並且增稠劑降低了塗料的流動性，是塗料表麵成型不好的重要原因。

圖1　塗料球磨後微觀形貌

   　 圖1(b)為(wei) 球磨3h後的粉末顆粒顯微照片。球磨3h後粉末整體(ti) 體(ti) 積減小為(wei) 未球磨時的1/3。由圖1(b)可以看出，粉體(ti) 顆粒均勻程度大為(wei) 改善，最大可見粒徑已降至1μm左右。該塗料噴塗層致密，厚度均勻，成型很好。由此得出：球磨改變了塗料性質，改善了其表麵成型能力。圖1(c)是球磨12h後的粉末顆粒顯微照片，由照片可以看出，除團聚外，已看不出顆粒形貌，無法判斷最大顆粒尺寸。說明長時間低能球磨，大大細化了粉體(ti) ，且未出現“反粉碎”現象。綜上所述：球磨使粒徑不均勻的粉體(ti) 細化、均勻化，大大改善了塗料的噴塗工藝性能及表麵成型能力。#p#分頁標題#e#