[發明專利]一種基于激光沖擊波技術的內孔孔壁沖擊噴涂的方法及裝置

有效

• 申請號: 201510093124.3
• 申請日: 2015-03-02
• 公開（公告）號: CN104745999B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 張興權;章艷;段士偉;李勝祗;李殿凱;許四祥;黃志來;時禮平;張偉
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/06
• 代理公司: 南京知識律師事務所32207
• 代理人: 蔣海軍

技術領域：

本發明屬于零件加工再制造領域，具體涉及一種利用強激光在熔融液的表面誘導高壓等離子體，高壓等離子體的超高壓力使熔融液發生濺射、噴涂到工件表面的方法及裝置，特別適用于工件內孔孔壁的噴涂。

背景技術：

隨著現代工業的迅速發展，要求機械產品能在高溫、高壓、高速、重載以及腐蝕等惡劣的工況下可持續地工作，這必然對零件表面質量提出了很高要求。噴涂是改善零件表面質量的重要手段之一。它始于50年代，是用于延長機械產品的使用壽命、修復機械零件和對零件預保護的一項新技術。已有的研究結果和工程實踐表明，涂層性能與噴涂工藝、料粉粒度、噴涂距離等因素有關，其中噴涂物質的粒子在外力驅動下撞向工件基體的運動速度對涂層的質量影響最大，它不但影響著涂層的結合強度、孔隙率等，還決定著涂層的殘余應力的特性、分布和大小。粒子撞擊到工件表面的速度越大，與基體相互作用就越充分，粒子變形越充分，從而增大涂層的結合強度，涂層孔隙率就越小。同時粒子的飛行速度越高，涂層的殘余壓應力越大，這是由于噴涂的熱應變與噴涂顆粒的溫度成正比，而基體表面的壓應變與噴涂顆粒的飛行速度成正比。目前主要的噴涂技術有火焰噴涂、等離子噴涂、激光噴涂和爆炸噴涂等。

火焰噴涂是利用氧炔焰作為熱源，將金屬與非金屬材料加熱到熔融狀態，在高速氣流的推動下形成霧流，噴射到基體上形成涂層?；鹧鎳娡克玫脑O備簡便，可在野外現場施工，適用于設備維修。然而火焰噴涂的顆粒噴射速度較低，僅為30-40m/s，同時由于粉末處在焰流不同位置的受熱情況不同，其熔融程度有很大差別，有的粉末受熱已融化或半融化，而另一些僅是軟化，容易在涂層中出現所謂的“夾生”現象，使火焰噴涂的涂層結合強度和致密性較低，因此火焰噴涂常常用于精度要求較低的零件的修復和再制造。

等離子噴涂技術是利用以電弧放電產生的“等離子弧”為熱源，形成高溫低壓等離子體射流，料粉在等離子焰流中被加熱到熔融或半熔融狀態，并被加速而向經預處理的工件表面噴射和撞擊，凝固，沉積在工件表面而形成涂層。等離子噴涂材料廣泛，基體受熱小等優點，但等離子噴涂的噴涂設備昂貴，工作氣體要求較高，等離子弧溫度高、輻射強，對操作人員和周圍環境要有安全防護措施等。加熱融化噴涂材料，氣體流量是影響等離子焰流的熱焓和流速的主要因素，噴涂過程中粒子速度僅為120-400m/s，粒子的噴射速度仍然較低，噴涂的質量有待于提高。

激光噴涂是利用激光脈沖束將粉末或絲材頂端加熱至熔融，再用噴出的高壓氣體使熔融材料粒子化，并噴向基體表面形成涂層。在噴涂過程中所采用的激光功率密度限在10⁴-10⁶W/cm²范圍，其功用只作為熱源，將噴涂材料加熱融化，利用的是激光的熱效應。與其它熱噴涂技術相比，激光噴涂具有能量密度高、生產效率高、激光脈沖束易于聚焦和成型、不受加工工件形狀限制等優點。但由于在激光噴涂過程中，加熱的溫度很高，涂層冷卻凝固后，內部容易出現不均勻的組織，而且由于體積收縮，易出現熱裂紋。這些都限制了該技術在實際生產中的大規模應用。

爆炸噴涂是以爆炸瞬間釋放的熱能將噴涂材料加熱熔融，并使其沉積到工件表面形成涂層的工藝方法。常用爆炸噴涂時所使用的氣體壓力分別為：O₂：0.1-0.2MPa，C₂H₂：0.05-0.1MPa，N₂:0.02-0.06MPa，這些氣體混合物所得到的爆轟波壓力值在幾MPa到幾十MPa范圍內，粒子的噴射速度得到很大的提高，能夠達到760-1200m/s。爆炸噴涂所制備的涂層較為致密、結合強度高、氣孔率低、硬度高，已開始應用在航空航天及核工業等軍事領域。但該技術存在參數難以控制，安全性差，噪聲大等不足，需要在專用隔音室中進行，而且由于間歇性操作，導致噴涂效率低。

發明內容：

本發明的目的是提供一種基于激光沖擊波技術的內孔孔壁沖擊噴涂的方法及裝置。本發明所提供的基于激光沖擊波技術的內孔孔壁沖擊噴涂方法具體步驟如下：

(1)首先通過進氣管7向濺射室14內通入足量的保護氣，排出其內部的空氣，以防止金屬料粉10在高溫下被空氣中的氧氣氧化。

(2)啟動粉量開關12，將料斗9內的金屬料粉10經送粉管11送至工件19內部的坩堝21內，再通過加熱器22加熱坩堝21內的金屬料粉10，將其制備成金屬熔融液，并通過溫控開關24控制坩堝21內所述金屬熔融液的溫度。