[發(fā)明專利]一種減少激光熔覆成型零部件氣孔缺陷的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710813192.1
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107502890B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉偉嵬;張楠;鄧德偉;張?jiān)?/a>;李濤;劉淑杰;鄭海彤;張洪潮
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;B22F3/105;B22F7/06;B33Y10/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種減少激光熔覆成型零部件氣孔缺陷的方法。激光器用于為激光熔覆過程提供能量來源，同時(shí)激光器還配有工業(yè)機(jī)器人輔助用于激光束的自由移動；同軸送粉器用于為激光熔覆過程提供穩(wěn)定的材料輸入，同軸送粉器搭載于激光器上；穩(wěn)恒磁場發(fā)生器用于輸出強(qiáng)度可調(diào)的定向均勻磁場，在搭載過程中，熔覆基體置于穩(wěn)恒磁場發(fā)生器的居中位置；直流電源用于為基體材料輸出電流值可調(diào)的直流電源，直流電源的正負(fù)極與熔覆基體相連通。本發(fā)明的方法可以在熔池內(nèi)施加均勻的作用力，加大氣體的上浮力，減小氣孔等孔隙性缺陷。加快熔池凝固過程中的補(bǔ)縮速度，提高激光熔覆成型零部件的致密性。實(shí)驗(yàn)方案簡單高效。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種減少激光熔覆成型零部件氣孔缺陷的方法，具體地是關(guān)于一種減少激光熔覆成型零部件氣孔缺陷，提升其致密性的方法。

背景技術(shù)

激光熔覆技術(shù)是利用高能量密度激光束，使基材表面所添加的熔覆材料與基材表層材料一同經(jīng)歷快速熔化及凝固的過程。激光熔覆后，熔覆層與基材表面形成良好的冶金結(jié)合。相對于傳統(tǒng)的焊接、噴涂等加工方式，激光熔覆具有熱輸入量小、熔覆層晶粒細(xì)小、稀釋率低及結(jié)構(gòu)致密等優(yōu)點(diǎn)。利用激光熔覆技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)基材表面高耐磨、耐蝕、耐氧化等特殊性能，還可以快速修復(fù)受損零部件并實(shí)現(xiàn)激光3D打印及快速成型，在航空航天、模具、石油化工等工業(yè)領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。

同時(shí)，激光熔覆過程中，熔池由熔化到凝固狀態(tài)的變化過程中，經(jīng)歷了復(fù)雜的物理及化學(xué)冶金過程。氣孔及裂紋是激光熔覆過程中常見的材料缺陷，會嚴(yán)重影響熔覆材料的物理性能及可靠性。因而，尋找穩(wěn)定可靠的減小熔覆缺陷的方法，具有積極的意義。目前，針對此方面，除了對激光工藝參數(shù)的優(yōu)化之外，還對電磁攪拌、超聲波、機(jī)械振動等方面進(jìn)行了探索。通過對工藝參數(shù)優(yōu)化的方法很難從原理上完全消除氣孔性缺陷，尤其對于特殊添加材料而言，如WC等，更容易在熔覆液態(tài)熔池中產(chǎn)生氣孔。對于電磁攪拌、超聲波、機(jī)械振動來說，可以通過改善熔池對流、促進(jìn)氣泡長大逸出等方式來減小熔池中的氣孔缺陷。然而以上三種方法很難做到對熔池內(nèi)氣體施加集中作用效果，也很難完全消除氣孔缺陷。激光熔覆過程中，熔池具有較快的凝固速度以及較短的冷卻時(shí)間，對氣孔性缺陷來說，最有效的辦法是直接加大氣孔在豎直方向上的上浮力，減少其脫出時(shí)間。

通電導(dǎo)體在磁場中會受到電磁力的作用，該作用力可以均勻且定向地分布在導(dǎo)體內(nèi)部。在激光熔覆過程中，對熔池內(nèi)部施加電磁作用力，可以改善熔池內(nèi)氣體的受力狀態(tài)，加快氣體的上浮，進(jìn)而減小激光熔覆后的氣孔缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述問題，提供一種減少激光熔覆成型零部件氣孔缺陷的方法。其在激光熔覆過程中同時(shí)施加電磁作用力，改善氣體的受力狀態(tài)，并加速其上浮速度。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種減少激光熔覆成型零部件氣孔缺陷的方法，該方法所用的系統(tǒng)，包括激光器1、同軸送粉器2、穩(wěn)恒磁場發(fā)生器3、直流電源4和熔覆基體5；激光器1用于為激光熔覆過程提供能量來源，同時(shí)激光器2還配有工業(yè)機(jī)器人輔助用于激光束的自由移動；同軸送粉器2用于為激光熔覆過程提供穩(wěn)定的材料輸入，同軸送粉器2搭載于激光器1上；穩(wěn)恒磁場發(fā)生器3用于輸出強(qiáng)度可調(diào)的定向均勻磁場，在搭載過程中，熔覆基體5置于穩(wěn)恒磁場發(fā)生器3的居中位置；直流電源4用于為基體材料輸出電流值可調(diào)的直流電源，直流電源4的正負(fù)極與熔覆基體5相連通；激光器1在熔覆基體5上進(jìn)行熔覆動作的同時(shí)，同軸送粉器2為熔覆過程同步輸送熔覆粉末；

具體步驟如下：

1)按照本領(lǐng)域常規(guī)的清洗方法清洗熔覆基體5：將熔覆基體5浸沒在丙酮溶液中，在30-40℃溫度下，用超聲波清洗機(jī)清洗20-25分鐘，借此去除熔覆基體5表面污垢；清洗完成后，吹干熔覆基體5表面殘留的丙酮溶液；

2)將熔覆基體5置于穩(wěn)恒磁場發(fā)生器3內(nèi)，并用夾具進(jìn)行固定，使其處在均勻分布的定向磁場環(huán)境中；