[发明专利]一种石墨烯改性的激光吸收层涂料及其涂覆方法

说明书

本发明属于零件表面处理技术领域，涉及一种石墨烯改性的激光吸收层涂料及其涂覆方法；该涂料主要由聚氨酯树脂、黑色辅料、功能助剂及去离子水组成；本发明通过石墨烯改性后，在零件表面产生更高幅值和更深层的表面残余压应力分布。将激光吸收层涂料通过高压气体驱动喷涂的方式涂覆在零件表面，经干燥后在复杂零件表面获得了厚度均匀的涂层，且涂层与零件之间的结合力较好，在激光冲击完成后可通过手剥去除。该方法具有涂覆效率高、质量可靠性好、去除效率高等优点，有利于复杂零件的加工及其大批量生产。

技术领域

本发明属于零件表面处理技术领域，涉及一种石墨烯改性的激光吸收层涂料及其涂覆方法。

背景技术

激光冲击强化是一种先进的表面强化技术，利用激光诱导产生的高能等离子冲击波的力学效应，使零件表面产生塑性变形层和残余压应力层，从而提高零件的疲劳性能。激光脉冲并不是直接辐照在零件表面，而是间接地辐照在零件表面的激光吸收层上。该吸收层具有高的激光能量吸收率、隔热性和优异的综合力学性能。目前，常用的激光吸收层为黑色胶带或铝箔，通过人工手工粘贴的方式涂覆在零件表面，该方法具有操作简单、适应性好等优点，适合于简单零件的实验室研究或小批量试制。而对于复杂零件的加工及其大批量生产，黑色胶带或铝箔存在局限性：1)采用手工粘贴的方式，加工效率低、质量一致性不佳；2)复杂零件的粘贴过程中，易产生气泡、鼓包等缺陷，导致后续激光冲击过程中胶带、铝箔较高的破损率，从而提高了零件表面损伤的几率；2)相比黑色胶带，铝箔对激光的反射率较高，激光能量利用率低。

发明内容

本发明的目的是：提出了一种石墨烯改性的激光吸收层涂料及其涂覆方法，可解决复杂零件激光吸收层涂覆质量不佳、效率低下、质量均匀性不佳的难题，降低激光吸收层破损的几率，提高复杂零件的激光冲击强化表面质量，满足高品质复杂零件抗疲劳的需求。

本发明的技术方案是：

一种石墨烯改性的激光吸收层涂料，其特征在于：该涂料主要由聚氨酯树脂、黑色辅料、功能助剂及去离子水组成。

所述涂料的聚氨酯树脂、黑色辅料、功能助剂及去离子水的含量分别为X、Y、Z和R，其中，X+Y+Z+R＝1，X＝50％～70％，Y＝10％～30％，Z＝1％～10％，R＝0％～20％，均为质量百分比。

所述聚氨酯树脂为水性乳液，固含量为10％～60％(质量百分比)。

所述黑色辅料为包含水性石墨烯浆料(或石墨烯粉末)的炭黑或氧化铁黑，石墨烯的含量为0.1～5.0％(质量百分比)。

所述功能助剂为硬脂酸钠或油酸钠。

所述激光吸收层涂料固化时间为常温下1～3h，200℃条件下0.5～1h。

所述激光吸收层涂料激光能量利用率：与传统黑色胶带相比，在相同工艺参数下的阿尔门试片弧高度值大10％及以上。

所述激光吸收层涂料延伸率为100％～200％，在激光功率密度为8～10GW/cm²、搭接率为临界0％的条件下的破损率不超过0.1％。

一种石墨烯改性的激光吸收层涂料的涂覆方法，其特征在于：使用如权利要求1－5所述的石墨烯改性的激光吸收层涂料，涂覆的步骤如下：

(1)零件表面清洁：采用酒精蘸纱布擦拭或超声清洗的方式，清洁待激光冲击强化的零件表面；

(2)涂料制备：将包含水性石墨烯浆料(或石墨烯粉末)加入去离子水中，形成石墨烯浆料，再将炭黑或氧化铁黑在石墨烯浆料中超声分散均匀，然后将混合浆料加入水性聚氨酯树脂乳液中，高速分散均匀，再加入功能助剂，再次分散均匀制备涂料；

(3)涂料的涂覆：采用高压气体驱动喷涂的方式，将涂料均匀涂覆在零件表面，经室温下干燥后，涂层的厚度为100μm～1000μm。