[發明專利]一種激光復合熱噴涂系統和方法

有效

• 申請號: 201910519659.0
• 申請日: 2019-06-17
• 公開（公告）號: CN110184557B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 李長久;李成新;楊冠軍;張山林;雒曉濤
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/137;C23C4/06
• 代理公司: 北京潤澤恒知識產權代理有限公司 11319
• 代理人: 莎日娜

本發明提供了一種激光復合熱噴涂系統和方法，包括待噴涂沉積涂層的基體，位于所述基體正上方且照射所述基體的脈沖激光束流系統、連續激光束流系統和熱噴涂粒子束流噴槍系統；所述脈沖激光束流系統用于對所述基體表面發射脈沖激光束流，以清除所述基體表面的污染物和金屬表面氧化膜；所述連續激光束流系統用于對所述基體表面發射連續激光束流，以調控熱噴涂粒子束流沉積前的所述基體表面溫度；所述熱噴涂粒子束流噴槍系統用于產生噴涂沉積涂層所需要的所述熱噴涂粒子束流，所述熱噴涂粒子束流為熔融或半熔化狀；通過本發明可獲得粒子間充分冶金結合的耐腐蝕與耐磨損的合金涂層。

技術領域

本發明涉及噴涂技術領域，特別是涉及一種激光復合熱噴涂系統和一種激光復合熱噴涂方法。

背景技術

熱噴涂是通過高溫高速熱源，如高溫火焰、高溫等離子射流，加熱粉末顆粒材料形成熔融或半融化的粒子束流，在移動中定向噴射向基體表面，熔融粒子依次碰撞在基體表面而沉積；束流每一次掃過基體表面時，形成一定厚度的一層沉積層，通過粒子束流多次疊加沉積，通過多層疊加，形成一定厚度的涂層。

現有的熱噴涂涂層制備方法，一般僅采用噴涂粒子束流沉積涂層，普遍存在的問題：粒子層間不能達到有效結合，結合率約為40％。原有方法主要有以下兩點：熔融粒子高速碰撞時，冷卻速度極快，通常超過10⁵℃/s，與基體表面的接觸時間很短，液固界面溫度低，潤濕效果差，界面冶金結合難以形成，僅在中心區域因熔融金屬較長時間與基體保持接觸而提升界面溫度而形成冶金結合，但結合率小于40％。其次，在金屬涂層沉積時，沉積的高溫粒子在冷卻中，受大氣氣氛的作用而發生氧化，形成的氧化膜阻止后續熔融粒子碰撞時，與基體金屬的直接接觸，阻止結合。這兩個問題迄今沒有得到較好解決。

針對上述金屬涂層的氧化問題，目前采用真空等離子噴涂方法制備涂層。

真空等離子噴涂方法的具體實現步驟如下：采用具有一定尺寸限制的腔室，通過真空系統使得在低于大氣氣氛的真空條件下，在腔室中填充如惰性氣體如氬氣，由此在惰性保護氣氛中進行噴涂沉積，防止噴涂金屬材料的氧化。存在的問題如下：

(1)盡管氧化得到控制，但是因需要采用形成真空的腔室，噴涂零件的尺寸受到腔室大小的限制；

(2)噴涂過程需要在腔室內進行，噴涂靈活性差；

(3)噴涂過程中，為防止氧化，需要通過填充惰性氣體進行保護，需要大量的保護氣體，額外增加了運行成本；

(4)因需要真空腔室與真空系統，使得噴涂系統的投資成本大幅度增加。

因上述問題，使得真空等離子噴涂(又稱低壓等離子噴涂)，僅應用在較少的需要附加價值較高涂層制備的場合。

發明內容

本發明提供一種激光復合熱噴涂系統和方法，以獲得粒子間充分冶金結合的耐腐蝕與耐磨損的合金涂層。

為了解決上述問題，本發明公開了一種激光復合熱噴涂系統，包括：

待噴涂沉積涂層的基體，位于所述基體正上方且照射所述基體的脈沖激光束流系統、連續激光束流系統和熱噴涂粒子束流噴槍系統；

所述脈沖激光束流系統，用于對所述基體表面發射脈沖激光束流，以清除所述基體表面的污染物和金屬表面氧化膜；

所述連續激光束流系統，用于對所述基體表面發射連續激光束流，以調控熱噴涂粒子束流沉積前的所述基體表面溫度；

所述熱噴涂粒子束流噴槍系統，用于產生噴涂沉積涂層所需要的所述熱噴涂粒子束流，所述熱噴涂粒子束流為熔融或半熔化狀；

其中：所述脈沖激光束流、所述連續激光束流和所述熱噴涂粒子束流按預設間距平行排列。