[0001] 本发明涉及激光先进制造领域或者激光冲击技术领域，特别涉及一种基于激光冲击实现厚涂层去除和基体表面改形改性的方法。

[0002] 工程应用中，尤其是很多重大装备的表面需涂覆厚涂层。比如，飞机蒙皮由底漆、防腐漆层、面漆等构成；各类工作在高温热循环工况装备的表面通常有热障涂层等。无论是飞机蒙皮表面油漆，还是热障涂层，这类涂层的共同特点是厚度厚，飞机蒙皮表面漆层总厚度可达数毫米，热障涂层也可达数百微米。此外，这类厚涂层由于装备工况恶劣和安全系数要求高等原因，一般涂层与基体结合强度非常高。飞机蒙皮、坦克外壳等在服役一段时间后，表面油漆会因外力、辐射和气流冲刷等原因导致出现脱落、龟裂和老化等显性损伤或者隐形损伤，需要去除整体或者局部的旧漆层，以便于涂覆新涂层。航空发动机表面热障涂
层，服役一段时间后需要局部或者整体去除热障涂层，以便于涂覆新涂层。目前，厚涂层的去除采用化学清洗、喷砂或者手工打磨的方式，存在不环保、效率低和基体损伤等问题。激光清洗作为近年来迅速发展起来的新兴清洗方式，利用激光与待去除物相互作用，去除待
去除物。这种方法已经被广泛用于去除铁锈、氧化皮、油污等薄层污染物，激光去除待去除物的机制为：利用短脉冲或者超短脉冲激光的极高峰值功率密度光束作用于待去除雾，使
之达到气化点，最终气化去除待去除雾。此类方法的优点是，可以精确去除待去除物。此类方法的缺点，去除效率低，有直接作用于基体和损伤基体的风险。这就限制了基于气化烧蚀机制的激光清洗方法在大面积工程应用和重大工程装备中的应用。

[0003] 针对飞机蒙皮的激光清洗技术，人们也努力探寻了一些实验室内利用激光清洗模拟飞机蒙皮的铝合金涂漆材料的方法和装置。现有技术提出的一种激光去除飞机蒙皮表面
涂层的方法可以快速有效地去除铝蒙皮表面油漆涂层，通过调节激光工艺参数，包括激光
输出平均功率P、激光光斑大小D、激光重复频率f、激光扫描线宽、扫描速度v和扫描纵向搭接间距l等参数，来达到去除漆层的目的。但是该现有技术涉及的领域仍只是主要依靠激光的热烧蚀效应去除漆层，并且效率依旧低下。

[0004] 针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于激光冲击实现厚涂层去除和基体表面改形改性的方法，通过采用激光冲击的方法对待去除区域进行冲击，配合涂层与
基体界面处的阻抗不匹配特性，由此实现剥落厚涂层的目的；与此同时激光冲击将诱导基
体发生塑性变形，实现基体表面的强化并形成表面织构形貌，粗糙化基体表面，有利于提高新涂层和基体之间的结合强度。

[0005] 本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

[0006] 一种基于激光冲击实现厚涂层去除和基体表面改形改性的方法，包括如下步骤：

[0007] 利用激光刻蚀的方法对涂层进行刻蚀分区；利用短脉冲激光冲击刻蚀分区后的涂层，使短脉冲冲击激光与涂层表面相互作用产生的冲击波从涂层向基体传导，利用涂层和
基体的阻抗不同导致界面处阻抗不匹配，界面处反射拉伸波强度超过界面结合强度，使剥
落涂层；同时产生的冲击波透过界面作用于基体表面，用于强化基体表面。

[0008] 进一步，通过提高短脉冲冲击激光与涂层表面相互作用所产生的冲击波大小，使冲击波透过界面在基体表面产生微凹坑，用于提高基体表面粗糙度。

[0009] 进一步，所述短脉冲激光为纳秒激光。

[0010] 进一步，短脉冲冲击激光与涂层表面相互作用所产生的所述冲击波的功率密度在8 2 11 2
10W/cm‑10 W/cm数量级。

[0011] 本发明的有益效果在于：

[0012] 本发明所述的基于激光冲击实现厚涂层去除和基体表面改形改性的方法，创新性地利用激光诱导冲击波的力学效应，结合涂层和基体之间的阻抗不匹配特性的方法，实现
去除厚涂层的同时对基体进行强化，对基体表面进行粗糙化。在激光冲击之前，先用激光刻蚀的方法对大面积涂层进行刻蚀分区，以确保剥落区域和涂层去除过程可控。与常规的气
化烧蚀去除相比，剥落去除厚涂层的方法具有去除效率高、去除效果好的独特优势。再加上采用激光刻蚀分区，使得涂层剥落过程可控，且易于与智能化控制相结合。此外，该方法还可以同时对基体表面进行强化并形成微凹坑，增加基体表面强度和喷涂的新涂层与基体表
面的结合力。因此，该方法特别适合厚涂层去除，而且还具有基体表面改形改性的效果。
附图说明

[0013] 图1为本发明所述的基于激光冲击实现厚涂层去除和基体表面改形改性的方法的原理图。

[0014] 图2为实施例的实验去除涂层结果图，图2a为已剥落的涂层以及露出的基底，图2b为涂层截面图，图2c为涂层剥落效果图。

[0015] 1‑涂层；2‑基体；3‑短脉冲激光；4‑刻蚀沟槽；5‑激光冲击光斑；6‑扫描路径；7‑剥落涂层。

[0016] 下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

[0017] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0018] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为
对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

[0019] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0020] 如图1所述，本发明所述的基于激光冲击实现厚涂层去除和基体表面改形改性的方法，包括如下步骤：

[0021] 利用激光刻蚀的方法对涂层1进行刻蚀分区；

[0022] 利用短脉冲激光3冲击刻蚀分区后的涂层，使短脉冲冲击激光3与涂层1表面相互作用产生的冲击波从涂层1向基体传导，利用涂层1和基体2的阻抗不同导致界面处阻抗不
匹配，界面处反射拉伸波强度超过界面结合强度，使涂层1剥落；同时产生的冲击波透过界面作用于基体2表面，用于强化基体表面。通过提高短脉冲激光3与涂层1表面相互作用所产生的冲击波大小，使冲击波透过界面在基体2表面产生微凹坑，用于提高基体表面粗糙度。
粗糙化的基体表面，在后续喷涂涂层的过程中，有利于提高新涂层和基体之间的结合强度。
所述短脉冲激光为纳秒激光。短脉冲冲击激光与涂层表面相互作用所产生的所述冲击波的
8 2 11 2
功率密度在10W/cm‑10 W/cm数量级。

[0023] 实施例

[0024] 对厚300μm陶瓷的涂层1，基体2为不锈钢板结构的工件进行涂层去除。

[0025] 采用Nd3+：YAG激光器，其波长为1064nm，脉冲宽度为15ps，功率为10W，重复频率为500KHz，扫描速度为3000mm/s，在涂层1上刻蚀出深度约300μm的刻蚀沟槽4，通过刻蚀沟槽4
2 2
将待去除区分区，每个区域面积范围0.01mm‑0.09mm。

[0026] 采用Nd3+：YAG激光器在输出功率100W、重复频率为1Hz、激光冲击光斑5直径4mm、搭接率50％的条件下，对分区区域内的激光冲击采用“之”字形扫描路径6。分区内涂层在激光冲击的作用下从基体2上剥落，形成剥落涂层7。剥落区域为如图2a中点划线区域所示，实线区域内的涂层已从基底分离，但并未掉落。将工件倾斜45°进行拍摄，如图2b所示，可以清晰看见涂层的截面。图2c展示了脱落后的涂层。

[0027] 应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说
明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以
理解的其他实施方式。

[0028] 上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更
均应包含在本发明的保护范围之内。