[發明專利]一種旋轉磁場輔助激光熔覆制備Fe60復合改性涂層的方法及其裝置

無效

• 申請號: 201210225592.8
• 申請日: 2012-07-03
• 公開（公告）號: CN102703897A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 劉洪喜;紀升偉;蔣業華;張曉偉;王傳琦
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明提供一種旋轉磁場輔助激光熔覆制備Fe60復合改性涂層的方法及其裝置，屬于材料表面改性裝備技術領域。

背景技術

隨著近年來激光熔覆表面改性技術在生物、航空、航天、機械、材料、冶金、礦山、核電等領域的進一步廣泛應用，對激光熔覆改性涂層的微觀組織結構、物化性能、力學性能、光電性能及生物醫學性能等提出了越來越高的要求。但激光熔覆涂層普遍存在熔覆層組織不夠均勻、易出現氣孔和裂紋等缺陷。為了有效彌補激光熔覆的不足，充分發揮其優勢，近年來研究人員提出外加磁場輔助激光焊接和激光熔覆的新思路。根據國內外現有的研究和報道，外加磁場的形式有縱向磁場、橫向磁場等，但這些磁場都屬于靜態下的磁場，磁場分布局限在空間某一位置，并且磁力線的方向始終固定。通過試驗研究證明，這些靜態形式的磁場都能對激光焊接、激光熔覆過程中熔池內的金屬流動和結晶產生一定的影響，從而影響熔池內金屬的傳質和傳熱過程，以致改善其工藝，提高熔覆層的質量。

雖然靜態磁場可以對熔池內金屬的傳質和傳熱產生影響，但靜態磁場在某一時刻只能對熔池內金屬在特定的方向上影響傳質和傳熱過程。因此，靜態磁場對改善工藝依然存在較大的局限性。如果能研制出一種具有多方向的旋轉磁場影響熔池金屬傳質和傳熱的工藝，對進一步改善激光熔覆復合涂層的微觀組織形態，提高激光熔覆涂層的表面綜合性能將具有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的是克服現有激光熔覆設備靜態磁場之不足，提供一種旋轉磁場輔助激光熔覆制備Fe60復合改性涂層的方法及其裝置，提供旋轉磁場輔助激光熔覆工藝，優化激光熔覆涂層的組織結構和涂層綜合表面性能。

本發明通過下列技術方案實現：一種旋轉磁場輔助激光熔覆制備Fe60復合改性涂層的方法，用常規預置或者送粉式激光熔覆在基材表面制備Fe60合金復合涂層，所述激光熔覆時基材放置在旋轉磁場中心處，使送粉式激光熔覆的過程在旋轉磁場下進行。

所述Fe60合金粉末粒度為10～500?μm，各成分質量比（wt.%）為：C?0.1～2%、B?0.5～5%、Si?0.5～5%、Ni?0.5～10%、Cr?0.5～20%、余量為Fe。

所述基材為各類碳鋼、不銹鋼、鑄鐵。

所述采用激光熔覆的工藝參數為：離焦量（基材熔覆表面到光束焦點的垂直距離）50～70mm，光斑直徑約為4～8mm；送粉速度為5～35?g/min，預置涂層厚度0.5～2mm，保護氣體為氬氣，氬氣流速為5～25L·h^-1，激光功率為3～5KW，掃描速度為200～400mm/min，旋轉磁場強度為100～300GS。

所述旋轉磁場通過間隔交叉分布的多對勵磁繞組的順序通、斷電來產生旋轉磁場，磁場旋轉一周所需要的時間為40毫秒，1min磁場的旋轉速度v為500r/min。

通過調節勵磁繞組的順序通斷電時間間隔和周期、以及勵磁電流的大小，即可方便地實現磁場旋轉頻率和磁場強度的大小變化。控制電路通過鍵盤設置單片機控制繼電器的通斷電時間參數t（t≥10ms），以及每個繼電器通斷電周期N（N≥0）。為實現兩對激磁線圈的順序通斷電，N設置為1，t設置10ms，即控制每對磁極的繼電器通電和斷開的時間為20ms（毫秒），共有2對磁極。

本發明的另一目的在于提供一種旋轉磁場輔助激光熔覆制備Fe60復合改性涂層的裝置，包括激光器、送粉器、送粉噴嘴、工作面板、磁極、反光鏡，所述送粉器通過送粉噴嘴向工作面板上的基材表面噴施粉末，激光器通過反光鏡向工作面板上的基材表面進行激光熔覆，工作面板周圍設置旋轉磁場。

所述旋轉磁場包括勵磁繞組，勵磁繞組為2～6對并圍成圓周，每對角度間隔為30～90°。每個繞組中線圈采用間隔式分布，使層與層之間線圈產生的熱量不疊加，從而保證每層線圈不會因功率過大而燒壞；同時勵磁繞組外保護罩上開有散熱孔，有助于線圈冷卻。

當進行激光熔覆時，將基材放置在勵磁繞組（即放置在旋轉磁場）中心處，并隨機床移動，從而完成旋轉磁場輔助激光熔覆。

本發明通過改變該旋轉磁場的旋轉頻率和勵磁電流的大小，可便捷而有效地改善激光熔覆工藝，改善熔池內液態金屬的傳質和傳熱過程，基材組織得到細化和均勻分布，用于基材表面激光熔覆涂層的結構和性能優化，旋轉的磁場加到正在進行激光熔覆的工件上，實現激光熔覆過程中微觀組織改善和表面綜合性能提高。本發明的裝置具有小型化、拆卸等優點，可在較小的環境空間內進行磁化處理，滿足各種工程和工況條件下磁化處理的需要。

附圖說明