[發明專利]一種提升激光熔覆成型多孔金屬零部件均勻性的方法

有效

• 申請號: 201710815311.7
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107513712B
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發明（設計）人: 張楠;劉偉嵬;鄧德偉;張洪潮
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;B22F3/11;B33Y10/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

1.一種提升激光熔覆成型多孔金屬零部件均勻性的方法，其特征在于，該方法所用的系統，包括激光器(1)、同軸送粉器(2)、穩恒磁場發生器(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，同時激光器(2)還配有工業機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穩定地輸送金屬與發泡劑的混合粉末，同軸送粉器(2)搭載于激光器(1)上；穩恒磁場發生器(3)用于輸出強度可調的定向均勻磁場，在搭載過程中，熔覆基體(5)置于穩恒磁場發生器(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的直流電源，直流電源(4)的正負極與熔覆基體(5)相連通；激光器(1)在熔覆基體(5)上進行熔覆動作的同時，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)按照常規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，用超聲波清洗機清洗20-25分鐘，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)置于穩恒磁場發生器(3)內，并用夾具進行固定，使其處在均勻分布的定向磁場環境中；

3)將熔覆基體(5)與直流電源(4)的正負極相連通，在激光熔覆過程中，熔池內所受電磁力的方向豎直向上，此時由左手定則判斷熔覆基體(5)與直流電源(4)正負極的接通方向；

4)根據熔覆材料的特性及熔覆基體(5)的尺寸，調整穩恒磁場發生器(3)輸出的磁場強度B，調整結束后用高斯計確認磁場強度；

5)調整直流電源(4)的輸出電流值I：因電磁力與重力均為體積力，用熔池(6)內電磁力F_安與重力G的比值K，衡量所選用的電磁力大小，K的計算方法如下：

由此得：

I＝Kρg(S_熔+S_零+S_基)/B

在上述公式中，F_安為熔池所受電磁力，G為熔池所受重力，B為磁場強度，I_熔為熔池內通過的直流電流，L_熔為熔池長度，I為直流電源所輸出的電流，S_熔為熔池截面積，ρ為基材密度，g為重力加速度，S_零為已熔覆成型的零部件截面積，S_基為基體截面積；在零部件的熔覆成型過程中，根據S_零的變化逐漸調整I值；

選用K＞1，并根據實際的熔覆情況做調整；

6)設置激光器(1)與同軸送粉器(2)的熔覆參數，在激光熔覆過程中，相較于常規的激光熔覆過程，熔池(6)在豎直方向上所受的體積力，除了常規重力G外，還增加了電磁力F_安的作用；此時，熔池(6)內氣體的上浮力F_浮為：

F_浮＝ρV_氣g-KρV_氣g＝(1-K)ρV_氣g

其中，V_氣為熔池內氣體的體積；未施加電磁力時，熔池(6)內氣體的上浮力為ρV_氣g，因而通過調整K值的大小，即調整磁場強度B與直流電流值I，熔池內的氣體上浮力F_浮明顯減小；因此，施加電磁力后，氣體的上浮速度v₂將小于未施加電磁力時氣體的上浮速度v₁，這使得在電磁力作用下，激光熔覆成型多孔金屬零部件內的氣孔分布具有更好的均勻性；此外由于電磁力的存在，使得熔池(6)各處氣體所受的熔液壓力差異減小，熔覆結束后，各處的氣孔尺寸更加均勻；

7)激光熔覆過程結束后，分別關閉激光器(1)，穩恒磁場發生器(3)與直流電源(4)，獲取激光熔覆成型零部件。