[發明專利]一種激光加熱制備表面薄層的方法

在審

• 申請號: 201810442592.0
• 申請日: 2018-05-10
• 公開（公告）號: CN108611634A
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 張青科;宋振綸;王鄭;胡方勤;鄭必長;姜建軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 北京元周律知識產權代理有限公司 11540
• 代理人: 王惠

本申請公開了一種激光加熱制備表面薄層的方法，至少包括以下步驟：(1)將自熔合金粉沉積在基體表面；(2)通過脈沖激光加熱將步驟(1)中所述沉積在基體表面的自熔合金粉熔化，使之與基體反應，冷卻后在基體表面得到合金薄層。所述方法可制備與基體冶金結合的表面薄層，結合強度高、表面平整，制備效率高、無污染，對激光設備要求低。

技術領域

本申請涉及一種激光加熱制備表面薄層的方法，屬于表面工程領域。

背景技術

激光熔覆技術可制備與基體冶金結合的表面層，結合強度高、致密度好，目前已被用于機械零部件的耐磨耐蝕防護、修復與再制造。但是，常規激光熔覆技術制備的表面層厚度均在0.5mm以上，難以替代電鍍、化學鍍或真空沉積工藝用于制備防護薄層。如采用高端的增材制造(3D打印)設備或近年來剛出現的超高速激光熔覆設備，可制備與基體冶金結合的表面層，厚度可低至0.1mm，但不僅設備價格昂貴，高達數百萬元，而且上述設備對熔覆合金粉的粒度均勻性、表面質量、含氧量要求高，限制了其應用范圍。因此，為實現薄層激光熔覆的大規模應用，需要一種可用現有激光設備實現的薄層熔覆技術。

發明內容

根據本申請的一個方面，提供了一種激光加熱制備表面薄層的方法，該方法可制備與基體冶金結合的表面薄層，結合強度高、表面平整，制備效率高、無污染，對激光設備要求低。

本申請的目的在于提供一種簡單方便、對激光設備要求低、適用的基體范圍廣的激光加熱防護薄層制備技術，可替代電鍍等高污染技術制備薄防護層，并可用于精密機械零部件的修復與再制造。

所述激光加熱制備表面薄層的方法，其特征在于，至少包括以下步驟：

(1)將自熔合金粉沉積在基體表面；

(2)通過脈沖激光加熱將步驟(1)中所述沉積在基體表面的自熔合金粉熔化，使之與基體反應，冷卻后在基體表面得到合金薄層。

可選地，所述方法使用同軸送粉器在鋼構件基體表面沉積50～300μm厚的自溶合金粉，使用脈沖激光器加熱熔化自溶合金粉，冷卻后形成表面薄層，必要時進行表面重熔處理以進一步提高表面層質量。

可選地，步驟(1)中所述自熔合金粉通過同軸送粉器沉積在基體表面。

可選地，步驟(1)中所述自熔合金粉包括Ni基自溶合金、Co基自溶合金、Fe基自溶合金中的至少一種；

所述自熔合金粉的顆粒尺寸為5～50μm。

可選地，所述自熔合金粉的成分為Ni基、Co基或Fe基自溶合金。

可選地，步驟(1)中所述基體包括碳鋼、低合金鋼、不銹鋼中的至少一種；

所述基體在自熔合金粉沉積之前進行清潔處理。

可選地，所述清潔處理為：表面清洗去除表面污跡與氧化層。

可選地，所述基體的成分為碳鋼、低合金鋼或不銹鋼。

可選地，步驟(2)中熔覆過程中功率密度為5×10¹²～10×10¹²W/m³。

所述功率密度＝功率/(光斑面積×粉厚度)。

可選地，步驟(2)中熔覆過程中道次間搭接率不低于30％；相鄰激光光斑的重疊率不低于50％。

可選地，步驟(2)中熔覆結束后進行重熔處理。

可選地，所述重熔的熱輸入為熔覆熱輸入的40～80％。

所述熔覆為：通過脈沖激光加熱將所述沉積在基體表面的自熔合金粉熔化，使之與基體反應形成表面層的過程。