一种基于CO2激光器的特种涂层激光刻蚀工艺方法

技术领域

本发明涉及航空发动机中温雷达隐身涂层激光刻蚀工艺方法，属于航空发动机技术领域，可用于有机物与金属混杂类隐身涂层体系表面微槽加工。

背景技术

航空发动机中温雷达吸波涂层一般为三维曲面结构，在钛合金表面均匀涂覆约0.6mm厚中温雷达吸波涂层，呈现硬脆特征，由有机大分子与金属元素混杂组成。在高温服役环境下因金属基底与涂层间热应力不匹配容易导致涂层脱落开裂，应借助提前预制微槽等途径释放应力，避免开裂。

中温雷达吸波涂层成分复杂，由有机高分子与金属元素混杂组成。材料本身的物理属性导致其受到激光辐照后的反馈差异很大，经前期试验表明有机硅对长波长激光的吸收率高，更利于该种材料的去除。如采用常规红外激光辐照表面，则易产生烧蚀及损伤。在合适工艺下，CO

发明内容

本发明的目的是提高带隐身涂层构件服役寿命，特提供了一种基于CO

本发明提供了一种基于CO

所述的隐身涂层激光刻蚀技术特征：

激光刻蚀微结构由有限元仿真进行设计，基于服役温度模拟设计微结构尺寸及加工位置；

中温雷达隐身涂层由有机物与金属元素混杂构成，为了避免金属熔化堵槽，采用光力作用的方式，激光辐照材料后产生温度梯度，生成梯度分布内应力，在应力差异大于材料断裂强度的界面，发生整体固相蚀除；

包括如下步骤：

刻蚀结构设计：通过Comsol有限元仿真软件进行热力耦合仿真，基于温度场加载及零件特征，确定刻蚀区域及加工尺寸；

激光工艺参数确定：通过调整激光功率、重复频率、扫描速度、离焦量等参数，进行正交工艺试验，从刻蚀精度、基体损伤综合评价刻蚀效果，从中选择兼具质量与效率的工艺参数；

根据零件和试验确定主要的工艺参数范围：

激光功率：2~15W；

光斑形状：圆形；

激光入射角θ：0~45°；

光斑尺寸：0.1mm；

搭接率：30%～90%。

轨迹规划：针对零件特征设计刻蚀轨迹与路径，采用周期对称的刻蚀方式满足薄壁构件激光刻蚀变形抑制需求。

工艺方法的技术关键：

一是刻蚀区域设计，包括槽宽、槽深以及刻蚀区域选择；

二是采用CO

可应用于航空发动机隐身涂层表面加工领域，适用于有机物与金属混杂类涂层体系。该项工艺方法目前能够在保证低损伤高精度刻蚀情况下，减缓涂层服役开裂倾向，并提高隐身涂层的服役寿命。因此，该项技术具有广阔的应用前景。

本发明与现有技术相比，其优点在于：

本发明所述的基于CO

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1 有机物与金属元素混杂涂层激光刻蚀工艺原理方法；

图2 CO

图3 YAG激光器刻蚀后产生的金属熔融堵槽及烧蚀照片。

具体实施方式

下面将结合具体的实施方案对本发明进行进一步的解释，但并不局限本发明，说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。

实施例1

本发明提供了一种基于CO

所述的隐身涂层激光刻蚀技术特征：

激光刻蚀微结构由有限元仿真进行设计，基于服役温度模拟设计微结构尺寸及加工位置；

中温雷达隐身涂层由有机物与金属元素混杂构成，为了避免金属熔化堵槽，采用光力作用的方式，激光辐照材料后产生温度梯度，生成梯度分布内应力，在应力差异大于材料断裂强度的界面，发生整体固相蚀除；

包括如下步骤：

刻蚀结构设计：通过Comsol有限元仿真软件进行热力耦合仿真，基于温度场加载及零件特征，确定刻蚀区域及加工尺寸；

激光工艺参数确定：通过调整激光功率、重复频率、扫描速度、离焦量等参数，进行正交工艺试验，从刻蚀精度、基体损伤综合评价刻蚀效果，从中选择兼具质量与效率的工艺参数；

根据零件和试验确定主要的工艺参数范围：

激光功率：2W；

光斑形状：圆形；

激光入射角θ：0°；

光斑尺寸：0.1mm；

搭接率：30%。

轨迹规划：针对零件特征设计刻蚀轨迹与路径，采用周期对称的刻蚀方式满足薄壁构件激光刻蚀变形抑制需求。

工艺方法的技术关键：

一是刻蚀区域设计，包括槽宽、槽深以及刻蚀区域选择；

二是采用CO

可应用于航空发动机隐身涂层表面加工领域，适用于有机物与金属混杂类涂层体系。该项工艺方法目前能够在保证低损伤高精度刻蚀情况下，减缓涂层服役开裂倾向，并提高隐身涂层的服役寿命。因此，该项技术具有广阔的应用前景。

所述的基于CO

实施例2

本发明提供了一种基于CO

所述的隐身涂层激光刻蚀技术特征：

激光刻蚀微结构由有限元仿真进行设计，基于服役温度模拟设计微结构尺寸及加工位置；

中温雷达隐身涂层由有机物与金属元素混杂构成，为了避免金属熔化堵槽，采用光力作用的方式，激光辐照材料后产生温度梯度，生成梯度分布内应力，在应力差异大于材料断裂强度的界面，发生整体固相蚀除；

包括如下步骤：

刻蚀结构设计：通过Comsol有限元仿真软件进行热力耦合仿真，基于温度场加载及零件特征，确定刻蚀区域及加工尺寸；

激光工艺参数确定：通过调整激光功率、重复频率、扫描速度、离焦量等参数，进行正交工艺试验，从刻蚀精度、基体损伤综合评价刻蚀效果，从中选择兼具质量与效率的工艺参数；

根据零件和试验确定主要的工艺参数范围：

激光功率：10W；

光斑形状：圆形；

激光入射角θ：30°；

光斑尺寸：0.1mm；

搭接率：60%。

轨迹规划：针对零件特征设计刻蚀轨迹与路径，采用周期对称的刻蚀方式满足薄壁构件激光刻蚀变形抑制需求。

工艺方法的技术关键：

一是刻蚀区域设计，包括槽宽、槽深以及刻蚀区域选择；

二是采用CO

可应用于航空发动机隐身涂层表面加工领域，适用于有机物与金属混杂类涂层体系。该项工艺方法目前能够在保证低损伤高精度刻蚀情况下，减缓涂层服役开裂倾向，并提高隐身涂层的服役寿命。因此，该项技术具有广阔的应用前景。

所述的基于CO

实施例3

本发明提供了一种基于CO

所述的隐身涂层激光刻蚀技术特征：

激光刻蚀微结构由有限元仿真进行设计，基于服役温度模拟设计微结构尺寸及加工位置；

中温雷达隐身涂层由有机物与金属元素混杂构成，为了避免金属熔化堵槽，采用光力作用的方式，激光辐照材料后产生温度梯度，生成梯度分布内应力，在应力差异大于材料断裂强度的界面，发生整体固相蚀除；

包括如下步骤：

刻蚀结构设计：通过Comsol有限元仿真软件进行热力耦合仿真，基于温度场加载及零件特征，确定刻蚀区域及加工尺寸；

激光工艺参数确定：通过调整激光功率、重复频率、扫描速度、离焦量等参数，进行正交工艺试验，从刻蚀精度、基体损伤综合评价刻蚀效果，从中选择兼具质量与效率的工艺参数；

根据零件和试验确定主要的工艺参数范围：

激光功率：15W；

光斑形状：圆形；

激光入射角θ： 45°；

光斑尺寸：0.1mm；

搭接率： 90%。

轨迹规划：针对零件特征设计刻蚀轨迹与路径，采用周期对称的刻蚀方式满足薄壁构件激光刻蚀变形抑制需求。

工艺方法的技术关键：

一是刻蚀区域设计，包括槽宽、槽深以及刻蚀区域选择；

二是采用CO

可应用于航空发动机隐身涂层表面加工领域，适用于有机物与金属混杂类涂层体系。该项工艺方法目前能够在保证低损伤高精度刻蚀情况下，减缓涂层服役开裂倾向，并提高隐身涂层的服役寿命。因此，该项技术具有广阔的应用前景。

解决了中温雷达隐身涂层表面微槽加工难题，提出了一种基于CO

本发明未尽事宜为公知技术。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。