一種超快激光處理氧化鋁陶瓷刀片表面的方法技術

本發明專利技術提供一種超快激光處理氧化鋁陶瓷刀片表面的方法，該方法首先將陶瓷刀片樣品利用去離子水和無水乙醇清洗干凈后冷風吹干或晾干，再利用激光加工技術，采用超快激光調節好相關的工藝參數后對樣品進行表面處理，在樣品表面加工出無數的微納結構，使刀具表面由親切削液變為超親切削液。本發明專利技術的制備方法工藝簡單，可在開放環境中進行，操作方便，效率高，能耗少，成本低，綠色環保，易于實現工業應用。

【技術實現步驟摘要】
一種超快激光處理氧化鋁陶瓷刀片表面的方法
本專利技術涉及金屬陶瓷基材表面改性
，尤其涉及一種超快激光處理氧化鋁陶瓷刀片表面的方法。
技術介紹
氧化鋁與其他刀具材料不同的特性是：氧化鋁化學性能穩定，抗氧化性特別好，它的切削刃即使處于紅熱狀態下也能長時間切削，故氧化鋁陶瓷刀具特別適于高速切削。由于氧化鋁刀片對大部份金屬的潤濕性差，所以很難與金屬粘結，在切削時摩擦系數低、切削力小、不易產生積屑瘤和粘結磨損，因此加工件容易得到光潔度較高的表面。氧化鋁刀具適合加工大多數金屬材料，尤其適合切削冷硬鑄鐵或淬硬鋼，對這些材料采用精車代磨可取得明顯的技術經濟效益。在高溫下氧化鋁保持高硬度，其切削速度可達1300米/分。目前氧化鋁刀具主要用于半精加工和精加工，精加工其精度和光潔度適合硬材料的以車代磨，而大幅提高加工效率，加工成本可降低一半以上，所以氧化鋁刀具很受歡迎。在德國汽車上很多部件都是氧化鋁陶瓷刀具以車代磨精加工完成的。采用切削液對切削刀具進行潤滑是最傳統的潤滑方式，在實際生產中應用最為廣泛。切削液可分為水基和油基兩大類，由基礎油(液)和各種添加劑(極性添加劑、油性添加劑和固體潤滑劑等)組成。其作用機理主要是通過切削液滲入到刀-屑接觸區，在刀-屑接觸界面和刀-工接觸界面間形成潤滑膜從而達到潤滑效果，減小切削過程中的摩擦，降低摩擦力和切削力。運用激光的方法直接改變Al2O3陶瓷刀片表面的浸潤性，制備具有微納米尺度雙層結構的超疏水表面將是一個有前途的技術研究。金屬陶瓷刀具材料的浸潤性是金屬陶瓷表面很重要的一個特征，材料的微觀結構以及組成成分共同影響著材料表面的浸潤性。在陶瓷刀具上制備親切削液表面的制備方法很多，典型的方法和途徑主要有：溶膠一凝膠法，電化學方法，靜電紡絲法，等離子體技術，氧化還原法，水熱法，相分離法，氣相沉積法，層層自組裝法，模板法等。部分現有的技術常常從陶瓷材料本身性能入手制備親水陶瓷，或者需要重新設計、制備疏水涂層，導致了成本高，工藝復雜，難推廣等不足。同時這些技術普遍存在化學藥水的浸泡，會產生化學污染，步驟繁瑣，費時以及制備效率低等缺點，這些缺點都限制了其實際應用。綜上所述，開發工藝簡單，制備效率高，適用于產業化應用，且不產生任何環境污染，一次性實現Al2O3陶瓷刀片基材表面親切削液性而無需經過任何化學工藝處理的方法，是目前科研工作者亟待解決的技術問題。
技術實現思路
為了克服現有技術存在的不足，本專利技術的目的在于提供一種工藝簡單，制備效率高、綠色環保的超快激光處理氧化鋁陶瓷刀片表面的方法。本專利技術的方法可在各種尺寸和不同形狀Al2O3陶瓷刀片表面獲得長期穩定的、接觸角約為0°的超親切削液表面，同時制得的表面對增加刀具表面的潤滑性和減小摩擦具有重要的作用。本專利技術的目的是通過下述技術方案實現的：一種超快激光處理氧化鋁陶瓷刀片表面的方法,所述方法包括如下步驟：步驟一，將待處理的Al2O3陶瓷刀片樣品在去離子水中超聲清洗，然后用無水乙醇清洗干凈后即表面沒有沒有灰塵和油脂后，將Al2O3陶瓷刀片樣品表面用冷風吹干或室溫自然晾干，得到潔凈的Al2O3陶瓷刀片樣品；步驟二，利用激光加工技術，采用超快激光器調節相關的工藝參數后對步驟一得到的潔凈Al2O3陶瓷刀片樣品表面進行激光掃描處理，在樣品表面加工出微納結構。作為優選項：所述步驟一種超聲清洗的超聲頻率為40kHz，所述去離子水電阻率為18.25兆歐，所述去離子水應將Al2O3陶瓷刀片樣品表面淹沒，在室溫下連續超聲清洗30分鐘。作為優選項：所述步驟二中超快激光器波長為720-880nm，脈寬90-110fs，單脈沖能量小于0.4mJ，重復頻率9-11kHz，聚焦后的理論光束直徑為12-17μm。作為優選項：所述步驟二中超快激光器波長為800nm，脈寬100fs，單脈沖能量小于0.4mJ，重復頻率10kHz，聚焦后的理論光束直徑為15μm。作為優選項：所述步驟二中激光掃描處理的具體方法為：采用振鏡對Al2O3陶瓷刀片樣品表面進行光束掃描，振鏡掃描的速度為0.1mm/s～30m/s。作為優選項：所述步驟二中激光掃描處理的具體方法為：將掃描光束固定，Al2O3陶瓷刀片樣品相對光束運動，運動的速度為0.1mm/s～3m/s。作為優選項：所述單脈沖能量為30μJ～90μJ，掃描速度為29mm/s～294mm/s。與現有技術相比，本專利技術具有以下優點：（1）利用本專利技術方法制備得到的Al2O3陶瓷刀片與切削液的接觸角約為0°，因此具有非常好的親水性能；（2）本專利技術的制備方法工藝簡單，可在開放環境中進行，操作方便，效率高，能耗少，成本低，綠色環保，不采用任何化學試劑涂層，且本專利技術方法的工藝參數容易控制，易于實現工業應用；（3）采用本專利技術方法制備得到的親切削液Al2O3陶瓷刀片表面性能穩定，具備良好的潤滑性能和摩擦性能，大大增加了Al2O3陶瓷刀片的使用壽命。附圖說明圖1為未處理前Al2O3陶瓷刀片表面的接觸角示意圖（a）和三維結構圖（b）；圖2為本專利技術實施例1利用超快激光制備得到的Al2O3陶瓷刀片與切削液的接觸角示意圖（c）和三維結構圖（d）；圖3分別為本專利技術實施例2利用超快激光制備得到的Al2O3陶瓷刀片與切削液的接觸角示意圖（e）和三維結構圖（f）；圖4分別為本專利技術實施例3利用超快激光制備得到的Al2O3陶瓷刀片與切削液的接觸角示意圖（g）和三維結構圖（h）；圖5分別為本專利技術實施例4利用超快激光制備得到的Al2O3陶瓷刀片與切削液的接觸角示意圖（j）和三維結構圖（k）。具體實施方式為了更好的理解本專利技術，以下結合具體實施例對本專利技術的技術方案做進一步詳細介紹。下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規方法。本專利技術所述的超快激光處理氧化鋁陶瓷刀片表面的方法，是在Al2O3陶瓷刀片表面上制造出微納表面結構使其對水基切削液的接觸角約為0°，具有良好的潤濕性；所述方法包括如下步驟：步驟一，將待處理的Al2O3陶瓷刀片樣品放在盛有去離子水的超聲波清洗儀中清洗，然后用無水乙醇清洗至表面沒有沒有灰塵和油脂后，將所述Al2O3陶瓷刀片樣品表面用冷風吹干或室溫自然晾干，得到潔凈的Al2O3陶瓷樣品；步驟二，利用激光加工技術，采用超快激光器調節好相關的工藝參數后對步驟一所述得到的潔凈Al2O3陶瓷刀片樣品表面進行激光掃描處理，在樣品表面加工出微納結構；所述激光掃描采用振鏡系統進行光束掃描，振鏡掃描的速度為0.1mm/s-30m/s，激光的通斷及振鏡系統的掃描范圍、掃描軌跡和加工速度均由計算機程序控制和設定；或所述激光掃描使用運動平臺系統實現，將光束固定，樣品相對光束運動，平臺運動的速度為0.1mm/s-3m/s，激光的通斷、平臺運動軌跡和速度均由計算機程序控制和設定；其中，步驟二所述的超快激光器波長為800nm，所述激光加工參數為：脈寬100fs，單脈沖能量小于0.4mJ，重復頻率10kHz，聚焦后的理論光斑直徑為15μm。再進一步優選地，所述單脈沖能量為30μJ-90μJ，掃描速度為29mm/s-294mm/s。實施例1本實施例的一種超快激光處理氧化鋁陶瓷刀片表面的方法，包括以下具體步驟：步驟一，將Al2O3陶瓷刀片樣品用超聲波清洗儀清洗，超聲波清洗儀超聲波頻率為40kHz，用電本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種超快激光處理氧化鋁陶瓷刀片表面的方法,?其特征在于：所述方法包括如下步驟：步驟一，將待處理的Al

【技術特征摘要】
1.一種超快激光處理氧化鋁陶瓷刀片表面的方法,其特征在于：所述方法包括如下步驟：步驟一，將待處理的Al2O3陶瓷刀片樣品在去離子水中超聲清洗，然后用無水乙醇清洗干凈后將Al2O3陶瓷刀片樣品表面用冷風吹干或室溫自然晾干，得到潔凈的Al2O3陶瓷刀片樣品；步驟二，利用激光加工技術，采用超快激光器調節相關的工藝參數后對步驟一得到的潔凈Al2O3陶瓷刀片樣品表面進行激光掃描處理，在樣品表面加工出微納結構。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟一中所述去離子水應將Al2O3陶瓷刀片樣品表面淹沒，在室溫下連續清洗10-30分鐘。3.如權利要求2所述的方法，其特征在于：所述步驟二中超快激光器波長為720-880nm，脈寬90-110fs，單脈沖能量小于0.4mJ，重...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊奇彪，肖晨光，陳中培，劉頓，翟中生，陳列，婁德元，陶青，鄭重，彼得·班尼特，
申請(專利權)人：湖北工業大學，
類型：發明
國別省市：湖北,42