[發明專利]一種基于激光加工技術制備涂層的方法及裝置

有效

• 申請號: 201710001748.7
• 申請日: 2017-01-03
• 公開（公告）號: CN106756721B
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 張興權;李歡;李明明;李龍;童寶宏;裴善報;時禮平;韓蒙蒙
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: C23C4/123
• 分類號: C23C4/123;C23C4/02
• 代理公司: 安徽知問律師事務所 34134
• 代理人: 杜袁成

1.一種基于激光加工技術制備涂層的方法，其特征在于該方法具體步驟如下：

(1)在干燥潔凈的工件(11)待噴涂的表面涂覆一層厚度0.05mm的黑色有機物，所述黑色有機物作為吸收層，再將所述工件(11)固定在工作臺(12)上，開啟水噴頭(17)的水閥(18)，在所述工件(11)待噴涂的表面形成2mm厚的流動水層，水流速度為2～5m/s；激光脈沖束(7)經過聚焦透鏡(33)后會聚，通過所述工作臺(12)及所述聚焦透鏡(33)的上下運動，在所述工件(11)的表面形成直徑為0.2～1.5mm的光斑，功率密度為GW/cm²的所述激光脈沖束(7)穿過流動的水層照射到所述吸收層上，所述吸收層吸收激光能量后氣化、電離，形成高溫高壓等離子體，所述高溫高壓等離子體在極短時間內膨脹，并受到水層的約束作用，產生GPa量級的沖擊波，所述沖擊波使所述工件(11)表面形成塑性變形的微凹坑和殘余壓應力；將所述工作臺(12)在水平面內移動，在所述工件(11)待處理表面的另一位置形成塑性變形的微凹坑和殘余壓應力，在所述工件(11)表面產生呈現一定密度點陣分布的微凹坑；

(2)開啟儲氣罐(5)的氣閥(9)，使壓力為0.5-1.5MPa的保護氣體進入噴槍(8)內，調節所述水閥(18)的開合度，使水流速度達到30m/s以上，通過氣體和高壓水流共同沖刷和沖洗，清除所述工件(11)表面殘余的未被燒蝕的吸收層，隨后關閉所述水閥(18)，等氣體吹干所述工件(11)待噴涂表面后，移動聚焦透鏡底座(39)，調節所述聚焦透鏡(33)的位置，使所述激光脈沖束(7)聚焦在左右對稱設置的噴涂絲(15)交匯的位置上，所述噴涂絲(15)由送絲電機(20)帶動減速器(19)通過送絲滾輪(14)送入，調整所述激光脈沖束(7)的脈沖能量，使其功率密度為10⁴～10⁶W/cm²，所述噴涂絲(15)被所述激光脈沖束(7)輻照后迅速熔化為液態熔滴，高壓保護氣將液態熔滴迅速霧化成顆粒，高壓保護氣吹動顆粒高速撞擊所述工件(11)表面，在所述工件(11)表面形成涂層(21)，實現一次噴涂，通過所述工作臺(12)的水平運動進行多次噴涂，從而完成所述工件(11)整個表面的噴涂。

2.一種基于激光加工技術制備涂層的裝置，其特征在于該裝置包括激光發生器(1)、導光及調焦系統、控制系統、儲氣系統、噴水系統、工件裝夾系統及送絲系統；所述激光發生器(1)能夠發出短脈沖激光和連續激光；所述導光及調焦系統包括全反鏡(6)、聚焦透鏡(33)、底座(39)、上固定板(32)、雙頭螺柱(41)、帶臺肩雙頭螺柱(29)、第一薄螺母(30)、第二薄螺母(37)、第二螺母(38)、第三螺母(40)、第一螺母(35)、第三墊片(31)、第四墊片(34)、開合螺母(36)、絲杠(13)、電機(27)、電機安裝支架(24)、螺栓(25)、第二墊片(26)及電機底座(28)，所述聚焦透鏡(33)設置在所述底座(39)中，通過所述上固定板(32)與所述底座(39)的螺紋連接，將所述聚焦透鏡(33)固定在所述底座(39)上，所述帶臺肩雙頭螺柱(29)的一端通過螺紋與所述底座(39)連接，通過所述第二螺母(38)和所述第三墊片(31)擰緊，所述帶臺肩雙頭螺柱(29)的另一端設有第一薄螺母(30)和第二薄螺母(37)，所述第一薄螺母(30)和所述第二薄螺母(37)依靠它們之間的摩擦力相互并緊并使它們位置固定，噴槍(8)壁與所述帶臺肩雙頭螺柱(29)的臺肩及所述第二薄螺母(37)之間留有間隙，使所述帶臺肩雙頭螺柱(29)能夠上下自由運動，所述雙頭螺柱(41)的一端通過螺紋與所述底座(39)連接，通過所述第三螺母(40)和所述第四墊片(34)擰緊，所述雙頭螺柱(41)的另一端通過螺紋連接開合螺母(36)，并通過第一螺母(35)擰緊固定，所述絲杠(13)與所述開合螺母(36)螺紋連接，所述絲杠(13)的另一端與所述電機(27)連接并受它驅動，所述電機底座(28)通過螺栓(25)和第二墊片(26)將所述電機(27)固定在直角狀的電機安裝支架(24)上，所述電機安裝支架(24)通過螺釘(23)和第一墊片(22)固定在所述噴槍(8)壁上，所述聚焦透鏡(33)的位置通過所述電機(27)和所述絲杠(13)轉動驅動所述開合螺母(36)的上下移動進行調節；所述儲氣系統包括儲氣罐(5)、氣閥(9)及導氣管(4)，所述導氣管(4)的一端連接儲氣罐(5)，所述導氣管(4)的另一端通過所述氣閥(9)連接所述噴槍(8)，所述氣閥(9)開啟后，保護氣由所述儲氣罐(5)經所述導氣管(4)進入所述噴槍(8)內；所述噴水系統包括水噴頭(17)、水閥(18)及連接水管，所述噴水系統設置在工作臺12的上方；所述送絲系統包括左右對稱的送絲電機(20)、減速器(19)、噴涂絲(15)、送絲滾輪(14)及絲盤(16)，所述送絲電機(20)開啟后，輸出的轉速經所述減速器(19)降速后，帶動所述送絲滾輪(14)轉動，將繞在所述絲盤(16)中的所述噴涂絲(15)向前移動，實現送絲；所述工件裝夾系統包括噴槍(8)、工件(11)及工作臺(12)，所述噴槍(8)位于工作臺(12)的正上方，所述噴槍(8)的兩側設有窄槽便于所述帶臺肩雙頭螺柱(29)及所述雙頭螺柱(41)通過，所述工件(11)固定在工所述作臺(12)上，所述工件(11)隨同所述工作臺(12)一起運動；所述控制系統包括計算機(2)及控制器(3)，所述控制器(3)信息由所述計算機(2)輸入，所述控制器(3)用于控制所述激光發生器(1)的發出的激光脈沖束(7)的頻率和能量，控制所述工作臺(12)移動的方向和速度，控制所述送絲電機(20)和所述電機(27)的轉速及轉數，控制所述水閥(18)和所述氣閥(9)的開關及開合度的大小。