[發(fā)明專利]一種表面涂敷工藝方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510680695.7
• 申請日: 2015-10-19
• 公開（公告）號: CN105177570A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐靖嵐
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫清楊機(jī)械制造有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 張海英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種表面涂敷工藝。

背景技術(shù)

激光是20世紀(jì)60年代一項(xiàng)重大科學(xué)成果，它不僅在光學(xué)領(lǐng)域開辟了一個(gè)新紀(jì)元，而且也促進(jìn)了其他科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。60年代，在機(jī)械工程領(lǐng)域，激光除了作為非接觸測量或準(zhǔn)直工具外，作為材料的一種特種加工手段，如集成電路的焊接、金剛石的打孔、陶瓷和硬質(zhì)合金的切割以及核反應(yīng)堆堆芯零部件的打孔、切割等，解決了許多關(guān)鍵性的技術(shù)問題，稱“激光加工”的第一代。70年代開始，由于激光技術(shù)的發(fā)展和千瓦級大型激光器的研制成功，人們研究激光和材料的相互作用，在改善零件表面的結(jié)構(gòu)和性能方面，取得了可喜的成果，稱“激光加工的第二代。

目前，激光表面工程已發(fā)展成為材料工程學(xué)科的重要方向之～，被譽(yù)為光加工時(shí)代的一個(gè)標(biāo)志性技術(shù)，各國(尤其是發(fā)達(dá)國家)均予以重點(diǎn)發(fā)展。我國是80年代初開始研究激光表面技術(shù)的，二十多年來，已取得了一些重要成果。隨著我國制造業(yè)的崛起和發(fā)展，激光表面工程的市場需求正在快速增長，雖然激光加工目前還是一種成本較高的加工方式，但其優(yōu)異的性能價(jià)格比使其越來越成為許多重要、關(guān)鍵零部件的表面改性方式，人們認(rèn)識(shí)到它的良好前景并在各行各業(yè)積極開展應(yīng)用研究。

激光是一種原子系統(tǒng)在受激輻射放大過程中產(chǎn)生的具有高亮度的相干光。與普通光相比，激光具有極高單色性、空間相干性、方向性和高能量密度。其中激光束的空間相干性和方向?qū)λ木劢剐阅苡兄匾绊?。激光表現(xiàn)出良好的聚焦特性，聚焦后的激光在焦點(diǎn)附近可以達(dá)到107—1012w/cm以上的能量密度，產(chǎn)生數(shù)千度乃至上萬度的高溫，可以熔化和汽化任何材料，從而實(shí)現(xiàn)各種加工。與傳統(tǒng)加工方法相比，有以下特點(diǎn)：

1.激光能量密度高，可以在瞬間熔化和汽化任何材料，實(shí)現(xiàn)各種金屬和非金屬的加工，包括各種難熔材料和高導(dǎo)熱性材料。

2.激光加工為非接觸加工，與被加工工件之間沒有力的作用，不存在刀具的磨損，可以加工脆性材料和高硬度材料。

3.激光束易于聚焦和成型，根據(jù)需要可以任意改變光斑形狀、大小和能量密度，實(shí)現(xiàn)材料的表面改性。

4.激光束的導(dǎo)向和能量傳遞方便快捷，與光傳輸數(shù)控系統(tǒng)配合，可以實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化的三維柔性加工。

5.激光與被加工材料之間的相互作用可以精確控制，加工質(zhì)量高。

6.激光加工節(jié)省能源，不產(chǎn)生環(huán)境污染，是一種綠色制造技術(shù)。

材料的表面狀態(tài)對耐蝕性能有很大影響。通過表面加工處理在不銹鋼的表面形成更耐腐蝕的表層，使其能經(jīng)受苛刻的使用環(huán)境，可延長使用壽命，提高工作可靠性。對不銹鋼進(jìn)行激光表面加工，改變其性能的研究，主要依據(jù)其應(yīng)用環(huán)境，目的大多是為了提高抗蝕性。國內(nèi)外學(xué)者己作過一些研究，如激光熔覆曲、激光沖擊強(qiáng)化、激光表面合金化、離子注入和等離子滲氮。不同的方法各有其特點(diǎn)，其中研究較為熱門的是激光熔覆，但由于迄今采用的涂覆材料大多為傳統(tǒng)熱噴涂用Fe、Ni、co基合金粉末，顆粒粗細(xì)以“目”計(jì)算，使激光高能量密度的作用未充分發(fā)揮，激光熔覆層或合金化層的開裂敏感性及與基體結(jié)合力仍然是困擾著國內(nèi)外研究者的一個(gè)難題，也是工程應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化的障礙。而激光熔凝是一種可控性極強(qiáng)的凝固技術(shù)，在改善材料的耐磨、耐腐蝕性能方面有明顯的效果，愈來愈受到重視。

隨著現(xiàn)代核能技術(shù)的發(fā)展，不銹鋼除了用量在不斷增加外，對不銹鋼的耐蝕性要求也越來越高，人們期盼這類材料在腐蝕性介質(zhì)中、惡劣工況條件下的耐蝕能力進(jìn)一步提高。近年來，納米材料及應(yīng)用技術(shù)獲得了引人注目的發(fā)展。由于納米材料的小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)：納米微粒的熔點(diǎn)、開始燒結(jié)溫度和晶化溫度比常規(guī)粉體低很多；顆粒小，界面多，為原子短程擴(kuò)散提供了途徑，因此納米材料的固溶擴(kuò)散能力提高。最近，張光鈞等在不銹鋼基體上采用激光制備鎳基納米碳化鎢復(fù)合鍍層，得到了一些獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，材料的性能大幅度提高。這是由于激光快速熔凝及納米材料的“納米效應(yīng)”的綜合作用所致。無疑，嫁接納米技術(shù)的激光熔凝將是未來的發(fā)展方向。激光與其它表面處理技術(shù)相結(jié)合的復(fù)合表面工程也是非常好的思路。

在激光表面處理技術(shù)中，激光涂覆已成為較為活躍的領(lǐng)域，其特點(diǎn)可歸納如下：

(1)可局部加熱覆蓋，減少不必要的熱損失及變形；

(2)可控制涂層的成分、形狀及區(qū)域大小；

(3)可獲得低的殘余應(yīng)力，避免開裂；

(4)具有小的熱循環(huán)。涂層稀釋度可控；

(5)涂層組織細(xì)小，氣孔和孔隙率低；

(6)涂層厚度較大，并與基體能形成冶金結(jié)合；

(7)作用于基體的能量可調(diào)。