[發(fā)明專利]基于多組元材料成分自動(dòng)調(diào)整的激光高通量制備送粉裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910386716.2
• 申請(qǐng)日: 2019-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN111906304A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱正旺;劉明磊;張海峰;付華萌;張宏偉;王愛(ài)民;李宏;張龍;李正坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號(hào): B22F3/105
• 分類號(hào): B22F3/105;B33Y30/00;C23C24/10
• 代理公司: 沈陽(yáng)晨創(chuàng)科技專利代理有限責(zé)任公司 21001
• 代理人: 張晨

本發(fā)明屬于材料高通量制備領(lǐng)域，具體為一種基于多組元材料成分配比時(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整的激光高通量制備送粉裝置及工藝方法。所述裝置主要由控制計(jì)算機(jī)、粉斗、轉(zhuǎn)盤、刮板、重量傳感器、集粉器和流量傳感器等構(gòu)成。區(qū)別于現(xiàn)有的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速恒定的送粉裝置只能用于一次性制備單一成分配比的樣品，無(wú)法滿足對(duì)大量不同成分配比樣品的高通量制備要求。本發(fā)明所述裝置通過(guò)賦予多組并聯(lián)轉(zhuǎn)盤以不同的初始轉(zhuǎn)動(dòng)速度和轉(zhuǎn)動(dòng)加速度同時(shí)變速轉(zhuǎn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)粉末成分配比時(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整和最終送粉量的實(shí)時(shí)穩(wěn)定控制。本發(fā)明在無(wú)需多次人為調(diào)整送粉速度的情況下，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多組元復(fù)雜合金、金屬基化合物或梯度漸變材料的激光高通量制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料高通量制備領(lǐng)域，具體為一種基于多組元材料成分配比時(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整的激光高通量制備送粉裝置及工藝方法。

背景技術(shù)

“材料高通量制備”是材料基因組計(jì)劃的重要組成部分和實(shí)現(xiàn)方式，它在改變過(guò)去以“順序迭代”為主的試錯(cuò)法基礎(chǔ)上，通過(guò)快速高效的串行或并行方式，制備出大量傳統(tǒng)工藝手段無(wú)法短時(shí)間產(chǎn)生的大量樣品。高通量制備不僅顛覆了舊式的材料制備方式，并且采用新的材料研發(fā)模式，縮短了研發(fā)周期，大幅提高了材料更新?lián)Q代的效率。

目前常見的材料高通量制備方式有物理掩膜法、多靶順序沉積法、多靶共沉積法和激光熔化沉積法。其中前三種主要是用來(lái)制備二維薄膜材料，而無(wú)法滿足對(duì)制備塊體結(jié)構(gòu)材料的要求。

激光熔化沉積又稱激光熔覆，它是將待熔覆材料用不同的方式放置在基體表面，經(jīng)過(guò)高能激光束輻照，待熔覆材料和基體表面薄層同時(shí)熔化并快速冷凝形成組織細(xì)密，稀釋率較低，呈現(xiàn)牢固冶金結(jié)合的涂層制備技術(shù)。它最初是作為一種新型材料表面改性技術(shù)，后被廣泛應(yīng)用于激光再制造或激光3D打印等新興材料制備技術(shù)。考慮到粉體作為常見的熔覆材料，按照其不同的供給方式，激光熔化沉積法可分為同步送粉式和預(yù)置粉末式。由于同步送粉式快捷高效，便于自動(dòng)化操作，實(shí)際應(yīng)用較為廣泛，易于實(shí)現(xiàn)材料的激光高通量制備，從而形成包含成分、組織結(jié)構(gòu)和性能等大量數(shù)據(jù)信息廣泛分布的樣品數(shù)據(jù)庫(kù)。

以激光同步送粉法為代表的激光高通量制備系統(tǒng)內(nèi)，送粉器處于關(guān)鍵和重要地位。雖然性能優(yōu)異的送粉器能保證粉末輸送的穩(wěn)定性和連續(xù)性。但在恒定的送粉速率條件下，僅能制備出具有單一成分或組織結(jié)構(gòu)的樣品，無(wú)法滿足多組元復(fù)雜成分配比樣品的激光高通量制備要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于多組元材料激光高通量制備的送粉裝置和工藝方法，所述裝置設(shè)置多組并聯(lián)轉(zhuǎn)盤以不同的初始轉(zhuǎn)動(dòng)速度和轉(zhuǎn)動(dòng)加速度同時(shí)變速轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多組元材料成分配比時(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整的激光高通量制備。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于多組元材料成分配比時(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整的激光高通量制備送粉裝置，所述裝置包括控制計(jì)算機(jī)1、送粉器2、粉斗3和載流氣體發(fā)生裝置15，其特征在于：

所述送粉器2設(shè)有若干個(gè)并聯(lián)的刮板式單路送粉器，每個(gè)刮板式單路送粉器相對(duì)獨(dú)立、結(jié)構(gòu)相同，且均設(shè)有專用粉斗3；

每個(gè)獨(dú)立的刮板式單路送粉器由轉(zhuǎn)盤4、刮板5、固定軸6、重量傳感器7、轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、集粉器10以及流量傳感器11組成，其中轉(zhuǎn)盤4與轉(zhuǎn)動(dòng)裝置相連，轉(zhuǎn)動(dòng)裝置用于控制轉(zhuǎn)盤4轉(zhuǎn)動(dòng)；轉(zhuǎn)盤4下設(shè)有重量傳感器7，轉(zhuǎn)盤4上表面通過(guò)固定軸6和與其表面緊密接觸的刮板5相連；集粉器10的一端通過(guò)管路與轉(zhuǎn)盤4相連通，另一端通過(guò)流量傳感器11與混粉裝置12相連通。

當(dāng)送粉裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，粉末經(jīng)由粉斗3底端的漏粉孔通過(guò)粉末自重和載流氣體的壓力輸送到轉(zhuǎn)盤4，轉(zhuǎn)盤4轉(zhuǎn)動(dòng)后，粉末將被固定在轉(zhuǎn)盤4上方的刮板5持續(xù)刮落進(jìn)入集粉器10，集粉器10內(nèi)的粉末經(jīng)由流量傳感器7進(jìn)入混粉裝置12，混合均勻后，最終被輸送到激光加工區(qū)域。

進(jìn)一步的：所述混粉裝置12通過(guò)設(shè)置在送粉器2上的多路粉量控制接口14與激光加工區(qū)域相連通。