[發(fā)明專利]以激光沖擊功形成注入力實(shí)現(xiàn)連續(xù)激光沖擊熔注微細(xì)顆粒的方法

有效

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• 申請日: 2017-08-18
• 公開（公告）號: CN107675166B
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王宏宇;趙前;袁曉明;汪涵;張祥;吳勃;胥保文;劉桂玲
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 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

本發(fā)明提供了一種以激光沖擊功形成注入力實(shí)現(xiàn)連續(xù)激光沖擊熔注微細(xì)顆粒的方法，其特征是采用連續(xù)激光束透過約束層掃描預(yù)置在待改性材料表面的由具有誘發(fā)激光沖擊波效應(yīng)的粘結(jié)劑和待熔注微細(xì)顆粒混合組成的復(fù)合預(yù)置層，通過合理匹配粘結(jié)劑、待改性材料和待熔注微細(xì)顆粒的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在連續(xù)激光作用誘導(dǎo)下粘結(jié)劑氣化形成激光沖擊波將待熔注微細(xì)顆粒注入待改性材料表面熔池中，從而原位形成微細(xì)顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料層。采用本發(fā)明方法在待改性材料表面所獲得復(fù)合材料層中微細(xì)顆粒與待改性材料實(shí)現(xiàn)了冶金結(jié)合，打破了現(xiàn)有技術(shù)難以熔注微細(xì)顆粒的技術(shù)壁壘；同時(shí)，其注入深度較深、組織細(xì)小、增強(qiáng)顆粒分布均勻且不受待改性材料塑性限制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光表面處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種激光熔注增強(qiáng)顆粒方法，具體地說是一種以激光沖擊功形成注入力實(shí)現(xiàn)連續(xù)激光沖擊熔注微細(xì)顆粒的方法。

背景技術(shù)

激光熔注顆粒增強(qiáng)技術(shù)，是一種先進(jìn)的激光表面處理技術(shù)。其基本原理是：激光熔注過程中，高功率密度的激光束在金屬表面形成熔池，同時(shí)將增強(qiáng)顆粒直接注入到熔池中，在熔池快速冷卻過程中，注入顆粒來不及熔化而被“凍結(jié)”，從而在金屬表面原位形成顆粒增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料層。激光熔注過程與送粉式激光熔覆在工藝上極為相似，兩者之間最大的區(qū)別在于加熱對象不同，激光熔覆的主要加熱對象是涂層粉末，而激光熔注的主要加熱對象是基體表面。由于將增強(qiáng)顆粒直接注入到基體表面產(chǎn)生的熔池中，激光熔注制備的復(fù)合材料層與基體之間化學(xué)成分呈平緩梯度過渡，解決了激光熔覆由于熔覆層與基體之間化學(xué)成分存在較大梯度而導(dǎo)致熔覆層始終存在結(jié)合強(qiáng)度較差等問題。然而，粒徑小于10μm的微細(xì)粉體極易團(tuán)聚，當(dāng)微細(xì)粉體發(fā)生團(tuán)聚后使得其很多優(yōu)異的改性特性消失，同時(shí)受微細(xì)粉體流動性較差導(dǎo)致粉體難以輸送的限制，目前激光熔注顆粒增強(qiáng)技術(shù)僅限于熔注粒徑較大的顆粒，其粒徑范圍一般為70-150μm。

眾所周知，若增強(qiáng)顆粒為微細(xì)顆粒時(shí)，其不僅具有第二相強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化等常規(guī)意義上的顆粒增強(qiáng)效果，而且還會引入細(xì)晶強(qiáng)化以及微細(xì)顆粒所具有的小尺寸效應(yīng)等，故以微細(xì)顆粒作為增強(qiáng)顆粒的激光表面處理技術(shù)的研究一直是一個(gè)熱點(diǎn)研究問題。例如，清華大學(xué)鐘敏霖等提出了一種輕合金表面激光沖擊微納米顆粒注入強(qiáng)化方法(公開號為CN101736214A)，其利用高能短脈沖激光作用在吸收層如黑漆上形成高壓沖擊波，進(jìn)而將預(yù)置在輕合金表面的微納米顆粒注入材料表面，這里的顆粒注入其實(shí)質(zhì)是顆粒植入，屬于一種非熔化顆粒增強(qiáng)方法；這一方法存在著植入材料表面的顆粒覆蓋率較小、注入深度較淺且所植入的顆粒與基體間的結(jié)合是一種機(jī)械結(jié)合，極易從表層脫落等不足，而且其主要適應(yīng)于塑性較好的輕合金材料。再如，崔承云等公開了一種激光熱力復(fù)合誘導(dǎo)納米顆粒增強(qiáng)復(fù)合薄膜的制備方法，其技術(shù)方案的核心要點(diǎn)是：首先利用激光輻照浸涂有納米陶瓷顆粒的金屬基體表面至熔化狀態(tài)使納米陶瓷顆粒以半嵌入狀態(tài)存在于基體表面，然后再通過納秒脈沖激光誘導(dǎo)沖擊波進(jìn)行激光沖擊從而使納米顆粒完全嵌入表面(公開號為CN103103523A)；這一方法中結(jié)合了激光的熱力兩方面作用使得適于改性的材料不再局限于輕合金，然而其所嵌入基體表面的納米陶瓷顆粒仍以機(jī)械結(jié)合的方式存在，同時(shí)從其名稱就可以看出其改性層深度很淺。可見，目前尚未有一種激光熔注微細(xì)顆粒的方法可供使用，極大地制約了微細(xì)顆粒這一具有優(yōu)良改性特點(diǎn)的增強(qiáng)材料在激光熔注顆粒增強(qiáng)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有激光熔注顆粒增強(qiáng)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)微細(xì)顆粒熔注，進(jìn)而制約了微細(xì)顆粒這一具有優(yōu)良改性特點(diǎn)的增強(qiáng)材料在激光熔注顆粒增強(qiáng)技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用的問題，本發(fā)明提供了一種以激光沖擊功形成注入力實(shí)現(xiàn)連續(xù)激光沖擊熔注微細(xì)顆粒的方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種以激光沖擊功形成注入力實(shí)現(xiàn)連續(xù)激光沖擊熔注微細(xì)顆粒的方法，其特征在于：

首先，在待改性材料表面預(yù)置由具有誘發(fā)激光沖擊波效應(yīng)的粘結(jié)劑和待熔注微細(xì)顆粒混合組成的復(fù)合預(yù)置層；所述復(fù)合預(yù)置層中粘結(jié)劑、待熔注微細(xì)顆粒及待改性材料三者滿足以下條件：粘結(jié)劑的熔點(diǎn)<待改性材料的熔點(diǎn)<待熔注微細(xì)顆粒的熔點(diǎn)，且粘結(jié)劑的沸點(diǎn)不大于待改性材料的熔點(diǎn)；