[發(fā)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

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• 申請日: 2017-01-03
• 公開（公告）號: CN106756721B
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發(fā)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(yè)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

本發(fā)明公開一種基于激光加工技術制備涂層的方法及裝置，屬于零件再制造技術領域。該方法首先將工件表面涂覆一薄層黑色有機物，作為激光能量吸收層，用功率密度為GW/cm²級的脈沖激光輻照工件表面，以在工件表面產生塑性凹坑，再對處理后的工件表面清洗、干燥，用功率密度為10⁴～10⁶W/cm²的激光脈沖束照射噴涂絲使其熔化成為液態(tài)，液態(tài)在高壓保護氣吹送下高速撞擊工件表面，形成涂層。本發(fā)明采用可調激光器，可以控制激光脈沖束直徑和輸出的能量，本發(fā)明方法制備的涂層具有界面結合力強、質量高的特點，本發(fā)明具有噴涂用時短、能耗少及無污染等技術特點。

技術領域：

本發(fā)明屬于零件再制造技術領域，具體涉及一種基于激光加工技術制備熱噴涂涂層的方法和裝置。本方法首先采用激光沖擊的方法在待噴涂的工件表面形成微凹坑，再使用激光熔化噴涂絲的方法在沖擊處理后的工件表面形成涂層。使用該方法提高了涂層與基體界面的結合強度，提高了涂層的質量，從而大大延長了工件的使用壽命。

背景技術：

涂層是涂覆在工件表面的一薄層物質，起著隔熱、防腐和抗磨損等作用。熱噴涂涂層在使用過程中的多種失效形式，如涂層的層離、脫落、開裂等，都和涂層與基體的結合力以及殘余應力狀態(tài)有關。影響涂層與工件表面的結合力主要因素有：工件表面狀態(tài)、結合面積、殘余應力等。工件表面狀態(tài)包括表面的清潔度和表面粗糙度，表面的油污、銹跡和氧化物都會降低涂層質量和結合強度。在熱噴涂過程中，由于涂層和工件基材間熱物理性能的差異及高溫急冷急熱等原因，得到的涂層中會形成殘余拉應力，拉應力的存在對涂層的使用性能是非常有害的，過大的拉應力不僅會導致涂層開裂，還會使涂層從基體上剝落下來。為了增大涂層與基體的結合力，有效地提高涂層的性能和使用壽命。在噴涂前，對工件表面進行粗化處理預處理，增大其表面的不平度，從而增加涂層與基體的結合面積，使噴涂顆粒形成交疊連鎖狀態(tài)，以增強結合力。目前，待噴涂工件表面粗化處理主要方法有噴砂、電火花拉毛等。

噴砂處理是把砂粒或磨料定向噴射到待噴涂的工件表面，通過磨料的沖刷、鑿削和錘擊作用，使得工件表面粗化。噴砂的操作產生較大的粉塵和噪聲，對環(huán)境污染較大；噴砂的強度不易控制，沙粒大小不一致，得到的凹坑深度不一致，容易導致表面粗糙度難以符合要求，深坑還會導致應力集中，產生有害的殘余拉應力，使涂層的疲勞特性降低，特別是帶有尖角的異型沙粒對工件表面損傷更大，嚴重地損害了涂層質量。

電火花拉毛粗化是在工件表面凈化后，用鎳(或鋁)片或絲束作電極，以工件表面作為另一電極，用手工電弧焊進行輕微焊接，在工件表面形成粗糙的薄焊層而達到粗化目的。雖然電火花拉毛粗化處理的設備簡單，操作簡便，但其手工操作效率較低，在焊接放電的毛化的過程中會形成拉應力，降低工件的抗疲勞性能。

熱噴涂是借助某種熱源將噴涂材料加熱至熔融狀態(tài)或半熔融狀態(tài)，再通過高速氣流使之霧化，并以一定速度噴射和沉積到工件表面，形成具有各種功能的覆蓋層的一種表面工程技術。目前主要的熱噴涂方法有火焰線材噴涂、電弧噴涂等。

火焰線材噴涂是較早出現的噴涂方法，其噴涂原理是以合適的速度將線材送入燃燒的火焰中，受熱的線材端部熔化，并由壓縮空氣對熔流噴射霧化、加速，然后噴射到工件表面形成涂層。該噴涂方法由于熔融微粒所攜帶的熱量不足，致使涂層與工件表面以機械結合為主，結合強度偏低；另外，線材的熔斷、噴射不均勻造成涂層的組織不均勻，使得噴涂層的組織疏松、多孔，涂層內部的應力較大。

電弧噴涂是將兩根被噴涂的金屬絲作為自耗性電極，輸送直流或交流電，利用絲材端部產生的電弧作熱源來熔化金屬，用壓縮氣流霧化熔滴并噴射到基材表面形成涂層。電弧噴涂只能噴涂導電材料，在線材的熔斷處產生積垢，使噴涂顆粒大小懸殊，涂層質地不均；另外，由于電弧熱源溫度高，造成元素的燒損量比采用火焰噴涂大，易導致涂層硬度有所下降。

發(fā)明內容：

本發(fā)明針對現有技術存在的上述技術問題，提供一種基于激光加工技術制備涂層的方法和裝置。本發(fā)明所述提供的一種基于激光加工技術制備涂層的方法具體步驟如下：