CS257734B1

CS257734B1 - Coating reduces the reflectance of laser radiation

Info

Publication number: CS257734B1
Application number: CS8610038A
Authority: CS
Inventors: Miroslav Novak; Pavel Stolar; Ivanka Novakova
Original assignee: Miroslav Novak; Pavel Stolar; Ivanka Novakova
Priority date: 1986-12-28
Filing date: 1986-12-28
Publication date: 1988-06-15
Also published as: CS1003886A1

Abstract

Řešení se týká nátěru pro vytváření povlaku snižujícího odrazivost laserového záření při tepelném zpracování kovových předmětů, např. při kalení. Nátěr sestává ze směsi 10 až 25 % hmot. organomontmorillonitu, 3 až 18 S hmot. oktadecylaminu a zbytku do 100 % hmot. rozpustidla, např. toluenu, etanolu nebo jejich směsi. Nátěr se nanáší štětcem, nástřikem apod.The solution relates to a coating for creating a coating that reduces the reflectivity of laser radiation during heat treatment of metal objects, e.g. during hardening. The coating consists of a mixture of 10 to 25 wt. % organomontmorillonite, 3 to 18 wt. % octadecylamine and the remainder up to 100 wt. % solvent, e.g. toluene, ethanol or a mixture thereof. The coating is applied by brush, spray, etc.

Description

Vynález se týká nátěru pro vytváření povlaku snižujícího odrazivost laserového záření při tepelném zpracování kovových předmětů,· např. strojních součástí laserovým paprskem. Laserové záření pro rychlé ohřevy při tepelném zpracováni nebo natavování kovů je kovovými povrchy odráženo v takové míře, že efektivnost ohřevu je výrazným způsobem snížena. Kovové předměty s nízkou drsností povrchu, např. leštěné se mohou vyznačovat až 99% reflektivitou. Takové kovové povrchy je proto nutné při laserovém ohřevu pokrývat antireflexní vrstvou, která -snižuje reflektivitu povrchu vůči laserovému záření, a tím zvyšuje efektivitu ohřevu.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a coating for forming a laser reflectivity reducing coating for heat treatment of metal objects, e.g., laser beam machine parts. Laser radiation for rapid heating in the heat treatment or melting of metals is reflected by the metal surfaces to such an extent that the heating efficiency is significantly reduced. Metal objects with low surface roughness, eg polished, may have up to 99% reflectivity. Such metal surfaces must therefore be coated with an antireflective layer during laser heating, which reduces the reflectivity of the surface to laser radiation, thereby increasing the heating efficiency.

Pro vytváření antireflexních vrstev se používá nátěrů obsahujících jemně disperzní nebo koloidní grafit, fosfáty kovů, nebo se používá matných laků obsahujících saze nebo matovadla. Nevýhodou grafitových laků či povlaků nebo povlaků obsahujících saze je jejich relativně nízká stálost. Antireflexní povlaky tohoto typu se vlivem zvýšené teploty povrchu rozkládají nebo vyhořívají a snižují tak s rostoucí teplotou svoji optickou antireflexní účinnost. To se projevuje zejména na okraji ozářených oblastí kovů, kde se po ozáření nachází stopa vyhořelého neúčinného povlaku, ačkoliv oblast kovu pod touto vrstvou ještě nebyla ohřátá na teplotu potřebnou k proběhnutí příslušné fázové transformace.Coatings containing finely dispersed or colloidal graphite, metal phosphates or matt lacquers containing carbon black or matting agents are used to form antireflective layers. A disadvantage of graphite lacquers or coatings or coatings containing carbon black is their relatively low stability. Antireflective coatings of this type decompose or burn due to elevated surface temperature and thus reduce their optical antireflective efficiency with increasing temperature. This is particularly evident at the periphery of the irradiated metal regions where there is a trace of spent ineffective coating after irradiation, although the metal region under this layer has not yet been heated to the temperature required to effect the respective phase transformation.

Tato skutečnost je na závadu zejména při následném překrývání stop, kdy je ozařován povrch s vyhořelým nebo tepelně porušeným antireflexním povlakem. V místech znehodnoceného povlaku je tak snižována efektivita ozařování, neboť dochází k nekontrolovatelnému a nedefinovanému odrazu paprsku povrchem.This is especially a problem when the subsequent overlapping of the tracks is irradiated with a burnt or thermally damaged anti-reflective coating. Irradiation efficiency is reduced in places of deteriorated coating because of uncontrolled and undefined reflection of the beam by the surface.

Použití organomontmorillonitu pro vytváření ochranných nátěrů při tepelném zpracování kovů je známo. Směsi sestávající z organických sloučenin kovů, např. titanu, hliníku, chrómu aj. s organomontmorillonitem nebo montmorillonitem se používají pro vytváření ochranného povlaku proti difúzi dusíku, kyslíku nebo uhlíku. Dále se používá polopropustného povlaku na bázi organomontmorillonitu ve směsi s koloidním oxidem křemičitým k částečné ochraně strojních součástí při jejich cementaci, nitrocementaci, nitridaci a karbonitridaci. Na místech chráněných tímto povlakem dochází k vytvoření tenčí difúzní vrstvy ve srovnání s místy nechráněnými.The use of organomontmorillonite to form protective coatings in the heat treatment of metals is known. Mixtures consisting of organic metal compounds such as titanium, aluminum, chromium, etc. with organomontmorillonite or montmorillonite are used to form a protective coating against the diffusion of nitrogen, oxygen or carbon. Furthermore, a semipermeable coating based on organomontmorillonite is used in admixture with colloidal silicon dioxide to partially protect machine parts during their cementation, nitrocementation, nitridation and carbonitridation. At the sites protected by this coating, a thinner diffusion layer is formed compared to the unprotected sites.

Nové použití povlaku na bázi organomontmorillonitu a odstranění nevýhod dosavadních antireflexních vrstev přináší nátěr pro vytváření povlaku podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že se jako nátěru pro vytváření povlaku snižujícího odrazivost laserového záření při tepelném zpracování kovových předmětů laserovým paprskem použije směs sestávající z 10 až 25 % hmot. organomontrillonitu s 3 až' 18 % hmot. oktadecylaminu, zbytek rozpustidlo, např. toluen, etanol nebo jejich směs.The novel use of an organomontmorillonite-based coating and the elimination of the disadvantages of the prior art antireflective layers provide a coating for the coating of the invention. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is based on the use of a blend consisting of 10 to 25% by weight of a laser beam to heat a metal object. % organomontrillonite with 3 to 18 wt. octadecylamine, the remainder solvent, e.g. toluene, ethanol or a mixture thereof.

Výhodou povlaku na bázi organomontrillonitu a oktadecylaminu je dobrá teplotní stálost, převyšující stálost antireflexních nátěrů na bázi grafitu a sazí, i povlaků fosfátových, a vysoká absorpce laserového záření, např. CC^ - laseru.Advantages of the coatings based on organomontrillonite and octadecylamine are good thermal stability, exceeding the stability of antireflective coatings based on graphite and carbon black, as well as phosphate coatings, and high absorption of laser radiation, such as CC - laser.

Teplotní oblast rozkladu, a tedy i částečné ztráty antireflexních vlastností povlaku vzniklého odpařením rozpustidla z nátěru podle vynálezu leží nad 1 200 °C, tj. při teplotě přesahující austenitizační teploty při kalení oceli pomocí laseru. Antireflexní povlak si tedy udržuje své antireflexní schopnosti po celé ploše stopy paprsku laseru a při následném překrývání stop nedochází v již exponovaných oblastech ke zvýšení reflektivity. Absorpce laserového záření o vlnové délce 10,6 jim Činí podle složení povlaku 65 až 80 % dopadajícího záření. Nátěr se nanáší podle potřeby štětcem, ponořením, nástřikem apod.The temperature range of the decomposition and hence the partial loss of the antireflective properties of the coating formed by the evaporation of the solvent from the coating according to the invention lies above 1200 ° C, i.e. at a temperature exceeding the austenitizing temperature when laser hardening the steel. Thus, the antireflective coating retains its antireflective capability over the entire laser beam trace area, and the subsequent overlapping of the traces does not increase reflectivity in the already exposed areas. The absorption of 10.6 µm laser radiation is 65-80% of the incident radiation, depending on the composition of the coating. The coating is applied by brush, dipping, spraying etc.

Použití směsi pro vytváření antireflexního povlaku podle vynálezu je blíže osvětleno na následujícím příkladu.The use of the composition for forming an antireflective coating according to the invention is illustrated in more detail in the following example.

PříkladExample

Reflektivita povrchu broušené uhlíkové oceli byla snížena nátěrem sestávajícím z:The surface reflectivity of ground carbon steel was reduced by a coating consisting of:

20 20 May % % hmot wt 15 15 Dec % % hmot wt 15 15 Dec % % hmot wt 50 50 % % hmot wt Nátěr byl The paint was

organomontmorillonitu oktadecylaminu etanolu schnutí nástřiku bylo provedeno ozáření pokrytého povrchu - laserem o výkonu 2 kW, stopa dopadajícího paprsku měla rozměr 6x6 mm. Hloubka zakalené oblasti činila 0,6 mm.The organomontmorillonite of octadecylamine ethanol was spray dried. The coated surface was irradiated with a 2 kW laser, the trace of the incident beam was 6x6 mm. The turbidity area was 0.6 mm deep.

Claims

SUBJECT

OF THE INVENTION

Use of a mixture consisting of 10 to 25 wt. % organomontmorillonite, 3 to 18 wt. octadecylamine, a solvent residue such as toluene, ethanol, or a mixture thereof as a coating for forming a laser reflectivity reducing coating when heat treating metal objects with a laser beam.