不锈钢的纳秒激光诱导着色及其应用研究

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激光作为一项较为成熟的技术,目前在各个行业领域中广泛使用。通过激光加工技术能够实现对金属与非金属的加工,并且可以在特定的材料和条件下,通过改变金属表面特性,使之呈现出不同的色彩。与此同时在金属表面上所形成的氧化膜能够提高材料的耐腐蚀性能和耐磨性能。而不锈钢作为一种本身就具有较强的耐腐蚀性能并且在高温下能够产生颜色变化的金属材料,无疑将成为当今社会研究的重点。近年来对不锈钢表面处理的技术并没有太多的变化,仍然使用着传统工艺加工。本文通过使用纳秒脉冲激光诱导304不锈钢进行表面改性,探究不锈钢样本表面着色工艺以及着色样本的耐腐蚀与耐磨性能。本论文将在原有的着色工艺的基础上通过引入多轴数控平台进行工艺优化。根据目前不锈钢市场需求,通过控制激光参数中的单一变量对其表面着色后的耐腐蚀和耐磨性能进行研究分析。本文主要研究内容如下:(1)研究引入多轴数控平台改良传统的激光着色工艺,按照控制单一变量的方法,成功的制备了“黑色、黄色、灰色、深红色”等多种颜色,并且相对于传统工艺,样本着色区域的稳定性得到了显著提高,最后通过对多轴数控平台编程,实现彩色像素图的绘制;(2)研究了激光工艺参数对样本表面着色后耐磨性的影响,每次磨损后进行CIEL*a*b色彩空间数据采集,对着色样本进行色差分析,通过色差变化间接评价样本的耐磨性能。研究表明不同的激光工艺参数对着色样本的耐磨性能都有不同程度的影响,所有样本的颜色在色彩空间图中具有相似的发展趋势,并且通过与传统喷涂工艺着色样本磨损后的色差对比,发现样本着色后的耐磨性能得到了显著提高;(3)通过电化学实验,研究了激光工艺参数对样本表面着色后的耐腐蚀性的影响。重点采集Tafel曲线数据,通过电流密度、腐蚀速度、腐蚀电位等数据进行腐蚀性能分析,发现不同工艺参数的改变对样本耐腐蚀性能的影响存在较大差异。并且通过与未着色样本的对比,发现激光诱导不锈钢表面着色后,样本的耐腐蚀性能得到了显著提高。
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