摘要：

　　激光加工技术实现了光、机、电技术相结合，是一种先进制造技术，目前正处于向传统制造技术中许多工艺过程积极渗透的阶段。金属基体表面反光严重，在激光加工过程中造成了大量光能损失。在激光相变硬化或熔凝处理中，吸光涂料在提高光能利用率方面起到了重要作用。本文介绍了吸光涂料应具有的性能要求、成分选择及工艺选择；并利用正交试验方法对涂料配比及工艺进行了优化，得出最优涂料，并利用红外吸收光谱对试验结果进行了验证，最终确定了最优涂料。

关键词：吸光涂料；正交试验；吸收光谱；激光

0 引言

　　由于CO2激光器具有输出功率高、稳定、连续可调、寿命长等优点，所以金属材料的激光表面处理多利用高功率CO2激光加热金属[1]。大多数金属对CO2激光都有很高的反射率，一般高于70%，而光亮的金属甚至可达80%～90%[2]。这是对金属材料进行激光表面改性处理的一大障碍[3]。这不仅造成了大部分宝贵的激光能量的损失，而且也严重威胁着操作人员的身体健康。因此，在激光热处理中，如何提高金属表面对激光辐照能量的吸收率，从而使宝贵的激光能量得到充分的利用，降低激光热处理的生产成本是一个非常重要的问题。在金属表面预置涂覆层，可以显著提高激光吸收率[4-5]。国内外曾采用的磷化及涂敷炭黑或石墨的黑化方法存在一系列问题，如吸收率较低、热稳定性差、随温度升高吸收率下降、清除困难、有污染等缺点。国内几种涂料由于技术还未成熟，价格也比较昂贵，不适合工业化生产。因此研制一种性能良好，价格低廉的新型激光表面处理吸收涂料，对推动激光处理工业化发展无疑具有十分重要的现实意义和经济价值。

1 涂料成分及工艺选择

   　 1.1涂料成分确定

    　激光吸光涂料的成分按其功能分主要有：基料(包括稀释剂与粘结剂)、骨料、增稠剂、助剂等。其中，基料主要起到稀释与粘结作用，骨料是吸光的主要成分；增稠剂可以调节涂料的喷涂工艺性能，其与基料相结合，能满足涂料表面成膜的要求，而不同的助剂有不同的功能，在容易出现闪锈的水性涂料中，选用适当的助剂可以避免闪锈的产生，在不产生闪锈的涂料体系中，也可以选用适当的助剂，以改善涂料的吸光性能。总体而言，激光表面处理用吸收涂料应具有：预涂敷工艺性好，表面平整、厚度均匀，涂层与基体材料附着力好，预涂敷及__激光处理时不污染环境，不腐蚀基体金属，激光处理后涂料容易清除，价格较低等特点。

    　1.1.1基料的选用#p#分页标题#e#

    　在涂料预涂敷后，涂料应在较短时间内干燥，即要求稀释剂有较好的挥发性。同时为使涂层与基体材料有较好的附着力，应使涂料具有一定的黏度。据此选用工业酒精作为稀释剂，市售虫胶作为吸收涂料的粘结剂。选用工业酒精作为稀释剂，可以避免闪锈的出现，因此，在助剂选择中，不需考虑抗闪锈剂。

  　  1.1.2骨料的选用

    　涂料体系中骨料是重要组成部分，也是吸光有效成分用量最大的部分，对用于激光表面处理的吸收涂料至关重要。SiO2涂料被认为除对激光有较高的吸收率外，还具有在激光辐射下变成液态，均匀覆盖于材料表面，冷却后形成固态薄膜[6]，热处理后容易去除的优点。除此之外，SiO2做为涂料骨料还具有来源广泛、价格低廉、受热不反喷等特点。因此，在本试验中选用SiO2做为吸光涂料的骨料。

    　1.1.3增稠体系的选用

    　为满足吸收涂料的涂敷工艺性及贮存稳定性等要求，需在吸收涂料中添加适当的增稠剂。本文中选用膨润土为增稠剂。

   　 1.1.4助剂的选用

    　稀土可以提高涂料颗粒的表面活性，增加对光的吸收[7]，因此，选择稀土氧化物作为涂料助剂。

    　1.2处理工艺选择

   　 在吸光涂料的试验过程中发现，不经任何处理，直接混合各成分所配置的涂料，喷涂性能不好，涂层蓬松，且厚度不均匀，成型很差。由于表面蓬松，涂层中必定存在较多空隙，空隙的存在会大大阻碍热量的传递。因此，选择球磨对涂料进行处理，以改善涂料的成型及吸光性能。球磨可以显著细化粉体，随着物质的超细化，其表面分子排列、电子分布结构和晶体结构均发生了变化，产生了奇特的表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应，从而使得超细粉体与常规材料相比具有一系列优异的物理、化学及表面与界面性质[8]。球磨前，应将各成分按比例混合，球料比(质量)15∶1，然后选择较低的球磨转速300r/min进行球磨，这样可以防止较高能量下球磨时超细粉体易发生的“反粉碎”现象。图1(a)为未球磨时的显微照片，可以看出，未经球磨的粉末颗粒大小很不均匀，在小颗粒团聚层上面，散布着可以用肉眼看到的大颗粒，颗粒最大直径可达2～3μm。并且增稠剂降低了涂料的流动性，是涂料表面成型不好的重要原因。

图1　涂料球磨后微观形貌

   　 图1(b)为球磨3h后的粉末颗粒显微照片。球磨3h后粉末整体体积减小为未球磨时的1/3。由图1(b)可以看出，粉体颗粒均匀程度大为改善，最大可见粒径已降至1μm左右。该涂料喷涂层致密，厚度均匀，成型很好。由此得出：球磨改变了涂料性质，改善了其表面成型能力。图1(c)是球磨12h后的粉末颗粒显微照片，由照片可以看出，除团聚外，已看不出颗粒形貌，无法判断最大颗粒尺寸。说明长时间低能球磨，大大细化了粉体，且未出现“反粉碎”现象。综上所述：球磨使粒径不均匀的粉体细化、均匀化，大大改善了涂料的喷涂工艺性能及表面成型能力。#p#分页标题#e#