采用波長(zhǎng)為1064 nm的光纖激光器對(duì)Q345鋼表面銹層進(jìn)行激光清洗,研究了激光掃描速度對(duì)清洗質(zhì)量的影響。結(jié)果表明:當(dāng)掃描速度小于1000 mm·s^-1時(shí),激光對(duì)基體的損傷較大;當(dāng)掃描速度達(dá)到5000 mm·s^-1時(shí),部分銹蝕仍殘留于材料表面;當(dāng)掃描速度為3000 mm·s^-1時(shí),清洗效果較好且基體不會(huì)受到損傷。隨著掃描速度從1000 mm·s^-1增加到6000 mm·s^-1,清洗后Q345鋼表面的鐵含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì),而氧含量則是先降低再升高。當(dāng)掃描速度為3000 mm·s^-1時(shí),Q345鋼表面清洗后鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到了峰值,約為90%,氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)則達(dá)到谷值,約為7%;鐵與氧的化合物較少,且鋼的表面粗糙度亦較低,R_a≈6.9μm。通過調(diào)節(jié)掃描速度可以獲得較好的激光清洗效果;激光清洗后,Q345鋼表面的電化學(xué)腐蝕性能有所提高。 

【文章來源】：中國(guó)激光. 2020,47(10)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

激光清洗平臺(tái)系統(tǒng)[12]。

Q345鋼表面的銹蝕是自然狀態(tài)下形成的,如圖2所示。圖2(a)為Q345鋼表面銹層的宏觀形貌,可見,大量凹凸不平的棕色金屬氧化物分布于基體之上。通過XRD分析后可知銹層的主要成分為Fe3O4和Fe2O3,如圖2(c)所示。圖2(b)是Q345鋼表面銹層的微觀形貌圖,可見,銹層結(jié)構(gòu)疏松,內(nèi)部存在許多縫隙和細(xì)小的孔洞,且銹層多從表面向孔洞內(nèi)生長(zhǎng)[13]。圖3展示的是激光掃描速度對(duì)Q345鋼銹層表面形貌的影響。圖3(a)為Q345鋼銹層的宏觀形貌,可以看到銹層分布不均勻,且有黃色銹跡。圖3(b)～(d)展示了激光清洗銹層后的宏觀形貌,可見:當(dāng)掃描速度為1000 mm·s-1時(shí),材料表面出現(xiàn)了明顯的縱向溝壑,部分區(qū)域出現(xiàn)熔化燒蝕,清洗效果不佳;當(dāng)掃描速度達(dá)到3000 mm·s-1后,縱向溝壑痕跡減少,基體表面大部分露出,說明清洗效果較好,但仍有少量部分銹層殘留,這可能與銹層本身不均勻有關(guān);隨著掃描速度進(jìn)一步增大,清洗效果變差,如圖3(d)所示(掃描速度提升至5000 mm·s-1時(shí),銹層面積有所增加,證實(shí)了清洗效果呈現(xiàn)下降趨勢(shì))。王歡等[14]指出,在激光作用時(shí)間較短的條件下,銹層會(huì)發(fā)生熔化但并不脫離表面的現(xiàn)象,導(dǎo)致基體又與銹層結(jié)合在一起,不利于高效清洗。

圖4為激光掃描速度對(duì)Q345鋼銹層SEM形貌的影響,且圖4的SEM圖片與圖3的宏觀形貌圖片一一對(duì)應(yīng)。圖4(a)中的白色區(qū)域?yàn)殇P層,大量的白色銹層分布于基體之上,說明此時(shí)銹層較多。當(dāng)激光掃描速度為1000 mm·s-1時(shí),光斑留下的痕跡比較明顯,溝壑較深,如圖3(b)和圖4(b)所示。隨著掃描速度增大,光斑作用效果有所減弱[15],溝壑較淺,如圖4(c)所示,說明在該條件下(掃描速度為3000 mm·s-1)銹層清除得較為徹底,且對(duì)基體的損傷也較小。圖4(d)中右側(cè)呈現(xiàn)出了部分銹層殘留在基體表面的現(xiàn)象,清洗效果不明顯。當(dāng)掃描速度過小時(shí),激光對(duì)基體的損傷較大;當(dāng)掃描速度過大時(shí),單位時(shí)間內(nèi)光斑的作用時(shí)間縮短,材料表面銹層吸收的能量較少,銹層只發(fā)生彈性膨脹,并未達(dá)到燒蝕溫度,以至于僅發(fā)生熔化而未發(fā)生氣化相變[11],因此銹層依然附著于基體之上,清洗效果不佳。圖4 激光掃描速度對(duì)Q345鋼銹層微觀表面形貌的影響。

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本文編號(hào)：3478401