Способ получения покрытия, поглощающего лазерное излучение, и состав для его нанесения



Владельцы патента RU 2708720:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)

Изобретение может быть использовано при лазерной обработке материалов, в том числе керамических, в частности при формировании отверстий и резке. Очистку поверхности проводят кипячением в хромовой смеси. На очищенную поверхность наносят поглощающий лазерное излучение состав в виде суспензии, которую получают смешиванием глинозема и акрилового лака, одним слоем методом центрифугирования. Высушивают состав в печи с постепенным подъемом температуры. В качестве поглощающего вещества упомянутого состава использован глинозем, измельченный до мелкодисперсного состояния, а в качестве связующего компонента использован акриловый лак, предварительно доведенный до рабочей вязкости растворителем, смешанные в соотношении 1:2 объемных частей. Техническим результатом является повышение качества формирования лазером прецизионных отверстий в полированных материалах. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к получению покрытия, поглощающего лазерного излучение, применяемого при лазерной обработке материалов, в том числе керамических, включающей формирование отверстий и резку.

Одной из проблем лазерной обработки материалов является потеря энергии вследствие отражений лазерного луча от поверхности. Для устранения данного недостатка необходимо повышать поглощающую способность материалов, например путем изменения шероховатости поверхности или образования оксидных пленок. Наиболее эффективным является способ нанесения поглощающих покрытий.

Известно поглощающее покрытие (а.с. №1033520, С09К 3/00, опубл. 07.08.93, Бюл. №29), включающее окись цинка, метилцеллюлозу, силикат щелочного металла, воду, поверхностно активные вещества, пенногаситель, краситель или пигмент. Способ получения покрытия включает приготовление состава смешением ингредиентов до однородной консистенции, нанесение кистью или пневмораспылением на детали из стали без предварительной обработки поверхности при комнатной температуре. Толщина покрытия 20-100 мкм, оптимальная толщина 30-50 мкм. Детали после нанесения высушиваются в течение 30 мин при комнатной температуре и подвергаются лазерной обработке. Недостатком покрытия, получаемого данным способом является сложность состава, низкая адгезия к полированной поверхности, при охлаждении данное покрытие будет сдуваться воздушной струей.

Известен способ получения покрытия (патент РФ №2467094, С23С 18/36, C23F 1/00, G02B 1/11, опубл. 20.11.2012, Бюл. №32), включающий последовательное проведение операций химической подготовки поверхности, нанесение никелевого покрытия из раствора, содержащего ионы никеля и гипофосфит-ионы, и последующее чернение полученного никелевого покрытия, в три стадии, первую и третью стадии которого осуществляют в водном растворе травителя, содержащем азотную кислоту, ортофосфорную кислоту и уксусную кислоту, а вторую - в водном растворе травителя, содержащем сульфат церия и соляную кислоту. Недостатком данного способа получения покрытия является узкая область применения и ухудшение качества поверхности вследствие воздействия кислот.

Наиболее близким по технической сути и назначению к заявляемому изобретению является поглощающее покрытие и способ его получения, описанный в патенте (патент РФ №2615851, С23С 28/00, G02B, опубл. 11.04.2017, Бюл. №11). Согласно данному патенту поглощающее покрытие состоит из двух слоев, первый слой содержит смесь органического связующего лак АС-82 с сажей в объемном соотношении 3:1 и имеет толщину 30…40 мкм, а второй слой содержит смесь органического связующего лак АС-82 с растворителем Р-647 в объемном соотношении 1:3…4 и имеет толщину 3…5 мкм. Покрытие используется для обработки металлической поверхности СО2-лазером, а нанесение его включает подготовку металлической поверхности, обезжиривание, нанесение первого слоя пульверизатором или кистью, сушку его, нанесение второго слоя окунанием и сушку.

Недостатком данного покрытия является трудноудалимость его компонентов с поверхности после лазерной обработки, а наличие компонента сажи обуславливает появление различных дефектов на поверхности в виде темных пятен, прижогов. Кроме того покрытие этого состава нельзя использовать для керамических материалов, вследствие пористости их поверхности, что повлечет при оплавлении внедрение сажи в модифицированный слой керамики. Использование способа нанесения окунанием дает большую неравномерность слоя по толщине.

Основная задача заявленного изобретения заключается в создании способа получения эффективного поглощающего покрытия, применяемого при формировании отверстий в полированных материалах, в том числе керамических, лазерным излучением.

Техническим результатом является повышение качества формирования прецизионных отверстий в полированных материалах, в том числе керамических, лазерным излучением.

Данный результат достигается тем, что в способе получения покрытия, поглощающего лазерное излучение, заключающемся в нанесении на очищенную поверхность поглощающего состава с последующем высушиванием, очистку поверхности проводят кипячением в хромовой смеси, затем на очищенную поверхность наносят поглощающий состав в виде суспензии, которую получают смешиванием глинозема и акрилового лака, одним слоем методом центрифугирования и высушивают состав в печи с постепенным подъемом температуры.

Состав для нанесения покрытия, поглощающего лазерное излучения, включающий поглощающее вещество и связующий компонент, представляет суспензию, в которой в качестве поглощающего вещества использован глинозем, измельченный до мелкодисперсного состояния, а в качестве связующего компонента использован акриловый лак, предварительно доведенный до рабочей вязкости растворителем, смешанные в соотношении 1:2 объемных частей.

В отличие от прототипа, в котором в качестве поглощающего вещества применяется сажа, в предлагаемом покрытии был взят глинозем в порошкообразном состоянии, позволяющий проводить прошивку отверстий в полированных поверхностях, в том числе керамических, оптоволоконным лазером с длиной волны 1,06 мкм. Глинозем - это термостойкий материал с температурой плавления 2010°С, не загрязняющий обрабатываемые поверхности. Порошкообразное состояние глинозема в сочетании с мелкодисперсным гранулометрическим составом обеспечивают высокую поглощающую способность, а также сохранение чистоты поверхности в процессе лазерной обработки.

В качестве жидких веществ был взят акриловый лак, обеспечивающий высокую адгезию к керамической поверхности и легкое удаление после обработки замачиванием в ацетоне.

Покрытие получают путем нанесения на предварительно очищенную поверхность суспензии, подготовка которой включает измельчение порошка глинозема до мелкодисперсного состояния с размером частиц до 1-2 мкм и смешивание с акриловым лаком, предварительно доведенным до рабочей вязкости растворителем, в соотношении 1:2, что обеспечивает равномерное распределение глинозема.

В отличие от прототипа нанесение покрытия проводится одним слоем методом центрифугирования, что обеспечивает высокую равномерность толщины по всей поверхности. А сушку проводят ступенчато в печи с постепенным подъемом температуры, что позволяет обеспечить равномерное, высыхание покрытия с меньшими внутренними напряжениями.

Предложенный способ получения поглощающего лазерное излучение покрытия и состав для его осуществления поясняется конкретным примером.

Пример

Поглощающее покрытие, для лазерной обработки керамической поверхности импульсным иттербиевым оптоволоконным лазером с диодной накачкой, получают следующим образом. В начале приготавливают суспензию путем измельчения в шаровой мельнице исходного кристаллического порошка глинозема, в качестве которого применялся глинозем неметаллургический марки ГН (ГОСТ 30559-98), до мелкодисперсного состояния с размером частиц 1-2 мкм и смешивания его с акриловым лаком, в качестве которого применялся лак АК-113 (ГОСТ 23832-79), предварительно доведенным до рабочей вязкости растворителем, например ацетоном, в объемном соотношении 1:2, тщательно перемешивают до однородной консистенции, затем очищают полированную до шероховатости Rz 0,1 мкм поверхность, например из керамического материала ВК 100-1, кипячением в хромовой смеси, например на основе калия двухромовокислого и серной кислоты, и наносят суспензию методом центрифугирования, после нанесения покрытие высушивают в печи ступенчато при постепенном подъеме температуры в течение (5-10) мин.

Оптимальные пропорции компонентов, входящих в суспензию, были подобраны экспериментально. Для получения состава суспензии с требуемыми свойствами пропорции компонентов должны быть следующими:

- глинозем ГН - 1 объемная часть,

- лак АК-113 (разбавленный до рабочей вязкости растворителем) - 2 объемные части.

Изменения указанных пропорций ухудшает свойства суспензии: если увеличивать долю глинозема ГН, то суспензия загущается и, следовательно, затрудняется ее растекание при нанесении на обрабатываемую поверхность, также неоправданно повышается расход глинозема ГН-1; если увеличивать, долю лака АК-113, то на поверхности обрабатываемой детали образуется неравномерный по толщине слой суспензии.

Результаты применения поглощающего покрытия (с различным объемным соотношением компонентов в суспензии) для формирования отверстий в материале ВК 100-1 импульсным иттербиевым оптоволоконным лазером с мощностью излучения 1600 Вт приведены в таблице 1.

Таким образом, покрытие, получаемое с помощью предлагаемого способа, обладает высокой поглощающей способностью излучения, хорошей теплопроводностью и термической стойкостью, высокой адгезией к полированной поверхности, легкостью снятия с поверхности, технологичностью, а также обладает и защитными свойствами, так как обеспечивает формирование отверстий без грата и сколов по всему периметру отверстий и не загрязняет обрабатываемую поверхность.

После лазерной обработки покрытие легко снимается с поверхности замачиванием в ацетоне.

1. Способ получения покрытия, поглощающего лазерное излучение, включающий нанесение на очищенную поверхность поглощающего лазерное излучение состава с последующим высушиванием, отличающийся тем, что проводят очистку поверхности кипячением в хромовой смеси, затем на очищенную поверхность наносят поглощающий состав в виде суспензии, которую получают смешиванием глинозема и акрилового лака, одним слоем методом центрифугирования, и высушивают в печи с постепенным подъемом температуры.

2. Состав для получения покрытия, поглощающего лазерное излучение, содержащий поглощающее вещество и связующий компонент, отличающийся тем, что он представляет собой суспензию, в которой в качестве поглощающего вещества использован глинозем, измельченный до мелкодисперсного состояния, а в качестве связующего компонента использован акриловый лак, предварительно доведенный до рабочей вязкости растворителем, смешанные в соотношении 1:2 объемных частей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системе (11) индикации на лобовом стекле для представления визуальной информации для наблюдателя с генератором (4) изображения для излучения первого изображения, включающей частичную область многослойного стекла (10) поверхностью проекции для отклонения проекции изображения, где также предусмотрены калибровочные средства (7, 8, 9) для выявления расхождения между первым изображением и проекцией изображения, содержится детектор (7) для регистрации характеристик отражения от многослойного стекла и предусмотрен генератор (4) изображения для генерирования скорректированного изображения в зависимости от расхождения.

Изобретение относится к получению монокристаллов метабората бария ΒaΒ2O4 (ВВО), применяемых в лазерных системах. Рост кристалла ВВО осуществляют в прецизионной нагревательной печи, обладающей высокой симметрией и стабильностью теплового поля из высокотемпературного раствора-расплава, включающего расплав бората бария ΒaΒ2O4 и комплексный растворитель на основе эвтектического состава LiF - NaF с избытком B2O3 от 3 до 7 вес.

Изобретение может быть использовано в космической технике, в оптическом приборостроении, в строительной индустрии. Пигмент для покрытий класса «солнечные оптические отражатели» приготовлен из порошка сульфата бария, который модифицирован наночастицами оксида алюминия в количестве 5 мас.%.

Изобретение относится к лазерно-струйной технологии и может применяться для локальной лазерной обработки. Лазерно-струйное устройство с вводом лазерного излучения в струйный лучевод содержит лазерный излучатель импульсно-периодического режима, малогабаритный мобильный инструмент, включающий узел формирования струйного лучевода и узел ввода лазерного излучения в струйный лучевод, оптоволоконный кабель для доставки излучения от лазера к мобильному модулю, систему снабжения инструмента жидкостью.

Изобретение относится к области получения наноструктурированных порошков твердых растворов на основе иттрий-алюминиевого граната, легированных редкоземельными элементами для производства керамики, используемой в качестве активной среды твердотельного лазера, термостойкого высокотемпературного электроизоляционного материала, окон или линз в оптических приборах, оптических элементах в ИК области спектра.

Изобретение относится к технологии получения соединений сложных оксидов со структурой граната, содержащих редкоземельные элементы, которые могут быть применены в технологии синтеза оптических керамических материалов лазерного качества при создании активных тел твердотельных лазеров различной геометрии.

Изобретение относится к области получения высоколегированного ионами эрбия прозрачного керамического материала со структурой иттрий-алюминиевого граната (Еr:ИАГ) для использования в качестве лазерного материала в медицине и оптической связи.

Группа изобретений относится к фарам транспортных средств. Рассеиватель фары содержит поликарбонатную подложку и внедренную защитную пленку, покрывающую поверхность поликарбонатной подложки.

Изобретение относится к линии подачи данных для очков виртуальной реальности. Техническим результатом является защита внутренней схемы линии подачи данных от повреждений, обеспечение подгонки и фиксации линии подачи данных и защиты от отсоединения линии подачи данных, а также улучшение целостности между соединительной линией данных и корпусом очков.

Способ включает напыление путем электронно-лучевого испарения материала покрытия в вакууме и осаждения паров на поверхности подложки при вращении подложек механизмом с планетарной передачей.

Изобретение относится к области материаловедения, а именно к технологии получения тонких пленок или контактных микропечатных планарных структур галогенидных полупроводников состава АВХ3, в том числе с органическими катионами, которые могут быть использованы в качестве светопоглощающего слоя в твердотельных, в том числе тонкопленочных, гибких или тандемных солнечных элементах или для создания светоизлучающих устройств.

Изобретение относится к получению на поверхности алюминия и его сплавов супергидрофобных покрытий, обладающих влагозащитными и антиобледенительными свойствами, и может быть использовано для обеспечения долговременной защиты от гололедно-изморозевых отложений и сопутствующей коррозии различных конструкций и сооружений.

Изобретение относится к изготовлению закаленных под прессом деталей из стальных листов или стальных лент с покрытием на основе алюминия. Предложен способ, в котором на стальной лист или стальную ленту наносят основной слой покрытия на основе алюминия методом горячего погружения, после которого до процесса формования стальной лист или стальную ленту с основным слоем покрытия подвергают плазменному оксидированию и/или обработке горячей водой, и/или обработке водяным паром, и на поверхности основного слоя покрытия путем образования оксидов или гидроксидов образуют поверхностный слой, содержащий оксид и/или гидроксид алюминия.

Изобретение относится к области получения металл-алмазного покрытия путем химического или электрохимического осаждения из раствора или электролита, содержащего источник ионов осаждаемого металла и алмазосодержащую добавку.
Изобретение относится к химико-термической обработке металлических, в первую очередь стальных, поверхностей с применением лазерных установок и оригинальных химических составов и может быть использовано для нанесения покрытий на любые поверхности.
Изобретение относится к способу поверхностной обработки стальной детали для обеспечения повышенной стойкости к износу и коррозии. Проводят этап азотирования или азотонауглероживания для образования составного слоя толщиной по меньшей мере 8 микрометров, образованного из нитридов железа фаз ε и/или γ', этап оксидирования для образования слоя оксидов толщиной от 0,1 до 3 микрометров и этап пропитки путем замачивания в течение по меньшей мере 5 минут в пропиточной ванне, образованной из по меньшей мере 70 мас.% плюс минус 1% растворителя, образованного из смеси углеводородов из фракции алканов C9-C17, из 10-30 мас.% плюс-минус 1% по меньшей мере одного парафинового масла, состоящего из фракции алканов C16-C32, и по меньшей мере одной добавки типа синтетической фенольной добавки в концентрации, составляющей от 0,01% до 3 мас.% плюс минус 0,1% при температуре окружающей среды.

Изобретение относится к формированию функциональных покрытий на стальной поверхности, обладающих высокой стойкостью к коррозионному разрушению и износу. Способ включает последовательное сверхзвуковое холодное газодинамическое напыление композиционных частиц порошка сверхзвуковой газовой струей на стальную поверхность и микродуговое оксидирование.
Изобретение относится к нанесению антифрикционного слоя на металлические поверхности, в частности на колодки и подшипники. Осуществляют отливку методом литья под давлением пластины из полиэфирэфиркетона.

Изобретение относится к покрытию деталей из жаропрочного сплава и может быть использовано при изготовлении деталей газовой турбины, в частности турбинных лопаток или теплозащитных экранов.

Изобретение относится к способу нанесения теплозащитного покрытия на лопатки турбин, работающих при высоких температурах в высоконагруженных двигателях. Наносят многослойное покрытие.

Изобретение может быть использовано при лазерной обработке материалов, в том числе керамических, в частности при формировании отверстий и резке. Очистку поверхности проводят кипячением в хромовой смеси. На очищенную поверхность наносят поглощающий лазерное излучение состав в виде суспензии, которую получают смешиванием глинозема и акрилового лака, одним слоем методом центрифугирования. Высушивают состав в печи с постепенным подъемом температуры. В качестве поглощающего вещества упомянутого состава использован глинозем, измельченный до мелкодисперсного состояния, а в качестве связующего компонента использован акриловый лак, предварительно доведенный до рабочей вязкости растворителем, смешанные в соотношении 1:2 объемных частей. Техническим результатом является повышение качества формирования лазером прецизионных отверстий в полированных материалах. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

Наверх