[發(fā)明專利]一種噴霧增強(qiáng)吸收激光熔覆的裝置及其方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811056590.4
• 申請(qǐng)日: 2018-09-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109023350A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顏丙功;靳玲;江開(kāi)勇;劉斌;呂培杰;胡奔;康磊;路平;王霏;張際亮;顧永華;閆茂松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華僑大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C24/10
• 分類號(hào): C23C24/10
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;陳丹艷

本發(fā)明公開(kāi)了一種噴霧增強(qiáng)吸收激光熔覆的裝置及其方法，該裝置包括水冷系統(tǒng)、操控系統(tǒng)、激光熔覆系統(tǒng)、送粉系統(tǒng)和噴霧增強(qiáng)系統(tǒng)，裝置簡(jiǎn)單、成本低；利用該裝置進(jìn)行激光熔覆的方法，在增加吸收層后進(jìn)行激光熔覆，可提高激光能量利用率及熔覆效率，增強(qiáng)激光熔覆層和基材的冶金結(jié)合性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種噴霧增強(qiáng)吸收激光熔覆的裝置及其方法。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越多的采用表面改性技術(shù)修復(fù)破損零件或提高零件表面性能。激光熔覆是一種先進(jìn)的表面改性技術(shù)，利用激光輻照基材表面，使基材和熔覆材料同時(shí)熔化并快速凝固形成稀釋率極低并與基材呈冶金結(jié)合的表面熔覆層。該技術(shù)具有升降溫速度快，容易得到細(xì)晶組織或產(chǎn)生平衡態(tài)無(wú)法得到的新相，界面結(jié)合強(qiáng)度高；熱輸入小，畸變小，基本無(wú)熱變形；熔覆粉末幾乎沒(méi)有限制，可制備梯度涂層；能進(jìn)行選區(qū)熔覆，材料消耗少等特點(diǎn)，在航空航天、電子、電氣、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。

激光熔覆過(guò)程中由于溫度梯度大，導(dǎo)致激光熔覆層中易出現(xiàn)組織不均勻現(xiàn)象、易產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，使得熔覆層性能大大降低。另外，某些材料如銅及其合金由于對(duì)激光的吸收率極低，需采用大功率激光器才能進(jìn)行激光熔覆。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供了一種噴霧增強(qiáng)吸收激光熔覆的裝置及其方法，解決了上述背景技術(shù)中減小殘余應(yīng)力、增大基材對(duì)激光吸收率、獲得性能優(yōu)異的涂層的問(wèn)題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：提供了一種噴霧增強(qiáng)吸收激光熔覆的裝置，包括水冷系統(tǒng)、操控系統(tǒng)、激光熔覆系統(tǒng)、送粉系統(tǒng)和噴霧增強(qiáng)系統(tǒng)；

所述操控系統(tǒng)包括控制柜、機(jī)器手和平臺(tái)，所述平臺(tái)用于放置基材，所述控制柜和機(jī)械手電連接，所述機(jī)械手用于控制激光熔覆系統(tǒng)、基材、平臺(tái)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)圖案的制備；

所述激光熔覆系統(tǒng)包括光纖激光器、光纖和第一噴嘴，所述第一噴嘴設(shè)置于平臺(tái)上方并通過(guò)光纖與光纖激光器連接；

所述送粉系統(tǒng)包括同步送粉器、氣瓶和送粉管，所述氣瓶與同步送粉器通過(guò)送粉管連通，所述送粉管經(jīng)過(guò)同步送粉器后連接至第一噴嘴，并于第一噴嘴的出口連接至氣瓶，形成氣體回路；

所述噴霧增強(qiáng)系統(tǒng)包括噴霧裝置、第二噴嘴、支架、送氣管和第二氣瓶，所述支架架設(shè)于平臺(tái)旁，所述支架的自由端設(shè)有第二噴嘴，所述第二噴嘴通過(guò)送氣管與第二氣瓶連通，所述第二噴嘴的尾端與噴霧裝置連接，所述噴霧裝置內(nèi)儲(chǔ)存有增強(qiáng)吸收液體；

所述水冷系統(tǒng)設(shè)置冷水循環(huán)管路并與激光熔覆系統(tǒng)連通，用于激光熔覆時(shí)的基材降溫。

在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，所述第一氣瓶和第二氣瓶為氬氣瓶。

在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，所述操控系統(tǒng)包括六軸工業(yè)機(jī)器人，所述六軸工業(yè)機(jī)器人包括所述機(jī)器手，所述控制柜為機(jī)器人控制柜，所述機(jī)器人控制柜通過(guò)管線驅(qū)動(dòng)六軸工業(yè)機(jī)器人的六個(gè)關(guān)節(jié)軸的旋轉(zhuǎn)，控制第一噴嘴、平臺(tái)和基材的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜圖案的激光熔覆。

本發(fā)明還提供了一種噴霧增強(qiáng)吸收激光熔覆的方法，采用上述的裝置，具體步驟如下：

(1)預(yù)處理：對(duì)待熔覆基材進(jìn)行除油、去除氧化層；

(2)增強(qiáng)吸收層的制備：將基材置于平臺(tái)上，將噴霧裝置中的增強(qiáng)吸收液體通過(guò)送氣管噴射到基材表面，在基材表面上形成一薄層增強(qiáng)吸收層，室溫干燥5-10min；所述增強(qiáng)吸收液體為乙醇、二正丁胺、EDTA和叔丁醇鋁的混合溶液，形成的增強(qiáng)吸收層厚度50-150um；

(3)激光熔覆：采用光纖激光器在增強(qiáng)吸收層表面直接進(jìn)行激光熔覆，所述光纖激光器功率為250-2500w，掃描速度1-20mm/s，涂層厚度為0.3-2mm。

在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，所述激光熔覆過(guò)程中，同步送粉器通過(guò)送粉管、并由第一噴嘴向基材噴送熔覆粉末。