[發明專利]一種磁致預熱和攪拌輔助制備超高速激光熔覆層的方法

有效

• 申請號: 201911200946.1
• 申請日: 2019-11-29
• 公開（公告）號: CN111041473B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 魯金忠;徐祥;羅開玉
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及超高速激光熔覆技術，特指一種磁致預熱和攪拌輔助制備超高速激光熔覆層的方法。該方法將電磁輔助系統和超高速激光制造系統配合，利用脈沖磁場的力效應和熱效應在超高速激光制造過程中提供復合能場使材料表面受到熱力協同作用，利用高頻磁場對金屬工件基體實現深度可控的預加熱層來進一步減小超高速激光制造過程中的溫度梯度，從而消除熔覆層氣孔、裂紋等缺陷；利用中頻磁場對粉末流和熔池施加洛倫茲力，減少粉末飛濺，調控組織形貌和晶粒尺寸，獲得均勻致密的高性能制造表面，并且顯著提高粉末利用率。

技術領域

本發明涉及超高速激光熔覆技術，特指一種磁致預熱和攪拌輔助制備超高速激光熔覆層的方法。

技術背景

超高速激光熔覆技術是通過同步送粉添料方式，利用高能密度束流使添加材料與高速率運動的基體材料表面同時熔化，并施加超強動能將熔化粉末高速噴射送入基體熔池內，并快速凝固后形成稀釋率(＜3％)極低，極薄的、與基體呈冶金結合的熔覆層，極大提高熔覆速率，顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等性能的工藝方法。和常規激光熔覆相比，超高速激光熔覆具有功率密度高、加工效率高，加工精度高、后續加工成本低(直接磨拋加工)，工件熱輸入量很小，工件變形小等優勢。特別適合在軸類零件進行修復再制造，也能在平面和復雜曲面上進行加工，廣泛應用于工程機械、航空航天行業、冶金，成為可替代傳統電鍍技術的一種綠色再制造工藝。

但是在超高速激光熔覆加工過程中不可避免的出現熔覆層裂紋等制造缺陷以及粉末利用率較低導致熔覆表面致密性差和生產成本提高的問題，并且相較于傳統激光熔覆技術，超高速激光熔覆表面涂層硬度較低。并且由于超高速激光熔覆在加工過程中具有極高的線速度，因此普通激光熔覆低頻磁場輔助的手段不再適用。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于，提供一種磁致預熱和攪拌輔助制備超高速激光熔覆層的方法，主要通過電磁輔助系統結合超高速激光熔覆加工系統，利用電磁輔助系統產生的高頻磁場對基體實施深度可控的預熱層來減小加工過程中的溫度梯度，消除裂紋、氣孔等制造缺陷；利用中頻磁場對加工過程中的熔池進行電磁攪拌，達到調控組織和晶粒的作用，一定程度上優化超高速激光熔覆層的涂層表面質量和綜合性能，同時對熔化狀態的粉末施加額外電磁力，增加粉末利用率。

本發明的目的是通過以下技術手段來實現的：

一種磁致預熱和攪拌輔助制備超高速激光熔覆層的方法，所述方法基于安裝在超高速激光熔覆裝備上的激磁線圈和電磁發生裝置兩個模塊實現。其中激磁線圈安裝在超高速激光熔覆頭的正下方5-8mm處，線圈中心位于激光光束中心線上面，產生磁致熱作用于基體表面和熔池中，電磁發生裝置位于安裝在超高速激光熔覆裝備上的工件正下方，機床底座上面，產生磁致攪拌作用于熔池中。包括以下步驟：

(1)將待熔覆的金屬工件打磨、拋光、酒精清洗、吹干備用；

(2)將熔覆的金屬粉末進行篩粉、烘干處理后裝入送粉器；

(3)將金屬工件安裝在超高速激光熔覆的加工設備上面，利用卡盤和頂針夾緊；

(4)調節激光光斑和粉末聚焦斑點在同一直線上，采用同軸送粉，調節送粉噴嘴，使超高速激光熔覆的熔覆頭到工件表面的工作距離為10mm～15mm；

(5)打開電磁發生裝置電源，調節電流大小為100-500A，輸出頻率為30-100kHz，輸出磁場強度為10-100mT。

(6)打開激磁線圈的電源裝置，調節電流大小為10-30A，輸出頻率為1-10kHz，磁場強度為10-40mT。

(6)開啟超高速激光熔覆加工系統，通過機床控制金屬工件的移動完成熔覆加工過程，其中加工過程中采用送氣噴嘴輸送氬氣對熔池保護。

所述金屬工件特指以軸類零件為主的回轉體零件。