[發明專利]場強分布可調的分裂式磁場輔助同軸激光熔覆裝置

在審

• 申請號: 202010098490.9
• 申請日: 2020-02-18
• 公開（公告）號: CN111118497A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 王梁;羅建;姚建華
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

場強分布可調的分裂式磁場輔助同軸激光熔覆裝置，包括與激光光路同軸設置的激光傳輸通道、噴嘴，激光傳輸通道外套有軸套套筒，激光傳輸通道和軸套套筒的下端均連接噴嘴；軸套套筒與激光傳輸通道、噴嘴同軸心設置；軸套套筒上套接有軸套，軸套上套接卡槽環裝置，卡槽環裝置包括上錐齒輪卡槽環、傳動錐齒輪、下錐齒輪卡槽環，其中傳動錐齒輪與軸套固結，上錐齒輪卡槽環、下錐齒輪卡槽環分別通過軸承連接在軸套套筒上；傳動錐齒輪的上下側分別與上錐齒輪卡槽環、下錐齒輪卡槽環嚙合。本發明的外加穩態磁場可隨激光熔覆頭同步移動，可以實現復雜路徑的調控加工，方便快捷，適用范圍廣。

技術領域

本發明屬于激光加工制造技術領域，具體涉及一種場強分布可調的分裂式磁場輔助同軸激光熔覆裝置。

背景技術

激光熔覆技術是以高能密度激光束為熱源，在基材表面熔覆一層與基材完全不同成分和性能合金涂層的表面改性技術，可以顯著提高基材表面的力學性能及耐磨、耐熱、耐腐蝕性能，達到局部修復或整體強化的目的。激光熔覆具有冷卻速度快、涂層稀釋率低、熱輸入和畸變較小、耗材少、無粉末選擇限制、綠色低污染、易于實現自動化等優點。但由于金屬粉末和基材的熔化和凝固都是在極快的時間內完成的，激光熔覆還存在著一些共性問題：

1.激光熔覆組織的調控一般是通過改變工藝參數，而工藝參數只能改變熔覆層熔池的外部傳熱邊界，難以對熔覆組織中晶體的形態、尺寸及晶體取向和熔池對流進行靈活控制。

2.激光熔覆的加熱和凝固速度較快，熔覆層元素來不及均勻化熱擴散，導致組織不均勻和成分偏析，且熔覆層產生的氣體來不及排除，產生氣孔等缺陷，影響熔覆層組織的性能。

3.在激光高能束的輻照下，熔覆層熔池發生強烈地攪動，在單層激光熔覆過程中難以實現其分層或梯度控制。

針對上述問題，國內外眾多學者采用外加磁場來調控激光熔覆。王梁等研究了利用穩態磁場調控激光溶凝，得出結論穩態磁場會抑制熔池的對流，產生與熔池方向對流方向相反的驅動力，磁場強度越大，熔池內對流越慢，熔凝層表面波紋越低。劉洪喜等研究旋轉磁場對激光熔覆的影響，得出旋轉磁場可以降低內的冷卻梯度和溶體粘度，導致結晶凝固過程中的液態金屬可以向金屬原子收縮引起的間隙內填充，降低顯微組織的疏松程度和縮孔率，有效降低沉積層中氣孔數量，提高硬質相分布均勻程度，并使基體與沉積層結合更好。

現有研究的磁場輔助裝置大多都是固定在工作臺上，不能隨激光光斑移動而移動，不能保證每一刻激光加工熔池時磁場的施加是一致的，并且不能調控場強分布形式，調控方式單一且調控能力有限，只能用于簡單路徑上的激光加工，不能應用于復雜路徑的加工，施加磁場的適應性較差。本發明的提出將有效解決上述問題。

發明內容

為了解決現有技術的上述技術問題，本發明要提供一種場強分布可調的分裂式磁場輔助同軸激光熔覆裝置，本發明能夠實現場強的分布可調以及多角度調控，適用于不同的實驗要求，有效調控熔覆層熔池的流動及熔覆層組織、改善熔覆層或整體的力學性能，改善熔覆層形貌，得到優異性能的熔覆組織。

本發明解決上述問題的技術方案是：

一種場強分布可調的分列式磁場輔助激光熔覆裝置，包括與激光光路同軸設置的激光傳輸通道1、具有中心通孔的噴嘴5，其特征在于：激光傳輸通道1外套有軸套套筒2，激光傳輸通道1和軸套套筒 2的下端均連接噴嘴5的上端面，激光傳輸通道1的內壁設置有送粉管；軸套套筒2與激光傳輸通道1、噴嘴5同軸心設置；

噴嘴5是回轉體狀，噴嘴5的下部呈上大下小的圓臺體狀，噴嘴 5內具有送粉通道，送粉通道呈空心錐環狀，送粉通道起自噴嘴5的上端面的環形進粉口、終于噴嘴5的下端面的環形噴口，送粉管的下端連接送粉通道的環形進粉口；