[發明專利]一種振蕩激光-感應復合熔覆耐磨抗燒蝕銅基涂層方法及裝置

有效

• 申請號: 202110206074.0
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN113005446B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 周圣豐;易艷良;李坤茂;楊俊杰;金劍波;張治國;李衛
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C9/00;C22C32/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 饒周全

1.一種振蕩激光-感應復合熔覆耐磨抗燒蝕銅基涂層方法，其特征在于步驟為：

（1）對基材表面進行除油、除銹或電鍍處理；將銅基復合粉末放置于自動送粉器的裝料斗內；

其中，銅基復合粉末的化學成分為：Mo 10~30 wt.%，CNTs 1.0~3.0 wt.%，CeO₂ 0.5~1.2wt.%，TiB₂ 3.2~8.5 wt.%，Fe 5~20 wt.%，余量為Cu；

（2）調節感應加熱線圈與基材表面之間的距離，使基材能夠被有效地實現表面趨膚效應而被加熱；其中，加熱線圈與基材表面間距調節范圍為2~10mm，感應加熱功率調節范圍為30~100kW，基材被感應加熱的溫度為300~800℃；

（3）將激光束與自動送粉器的粉末噴嘴定位于感應加熱區內，實現激光熱源與感應加熱源的復合，利用粉末噴嘴將銅基復合粉末吹入復合熱源形成的熔池內，開始實施高頻振蕩激光-感應復合熔覆，通過調節激光束功率、振蕩頻率與振幅來調控激光束在熔池內的攪拌強度，通過調節激光束掃描路徑來調控熔池的流動方向；

激光功率為0.5~15 kW，復合熔覆速度為0.6~10 m/min，激光束振蕩頻率為20~5000Hz；以復合熔覆方向為X軸方向，位于基材表面銅基復合材料橫向方向為Y軸，垂直于基材表面的方向為Z軸方向，激光束振幅為：X軸方向-3~3mm，Y軸方向-3~3mm，Z軸方向-6~6mm；

（4）當復合熱源移開后，熔融的銅基復合粉末快速凝固結晶形成單道高強高導抗燒蝕銅基復合涂層，然后沿熔覆速度的垂直方向移動數控機床，其移動的距離為單道涂層寬度的70~30%；其中，銅基復合涂層具有軟-硬-軟相結構特征：第一個軟相為富銅基體，硬相為富鉬球狀顆粒與富鐵球狀顆粒，第二個軟相為均勻鑲嵌于富鉬球狀顆粒與富鐵球狀顆粒內的富銅顆粒；

（5）當復合熔覆完一層之后，將激光頭、感應加熱線圈和粉末噴嘴返回到上一層加工時的起始位置，并沿Z軸上升上一層的厚度距離；

（6）檢測涂層的厚度是否達到預期的厚度要求，如果沒有，重復步驟（2）~（5），直到涂層達到所要求的厚度；否則，工作結束。

2.根據權利要求1所述的一種振蕩激光-感應復合熔覆耐磨抗燒蝕銅基涂層方法，其特征在于：進行步驟（1）時，基材為鐵合金、銅合金或鋁合金，鐵合金表面需要電鍍厚度為5~40μm的鎳磷合金，提高鐵合金與銅基復合材料之間的結合強度。

3.根據權利要求1或2所述的一種振蕩激光-感應復合熔覆耐磨抗燒蝕銅基涂層方法，其特征在于：激光束振蕩掃描圖形為圓形或螺旋形。

4.根據權利要求1或2所述的一種振蕩激光-感應復合熔覆耐磨抗燒蝕銅基涂層方法，其特征在于：富銅基體具有體積比為92~97%的大角度晶界特征，球狀富鉬顆粒尺寸為5~20μm，球狀富鐵顆粒尺寸為5~30μm，均勻鑲嵌于富鉬球狀顆粒與富鐵顆粒內的富銅顆粒具有納米孿晶結構，尺寸為5~30nm，孿晶片層厚為10~20nm。

5.一種實現權利要求1~4任一項所述的一種振蕩激光-感應復合熔覆耐磨抗燒蝕銅基涂層方法的裝置，其特征在于：該裝置包括激光器、感應加熱器、自動送粉器、高頻振鏡控制器、數控裝置、機器人、加工機床、復合熔覆加工頭與惰性氣體保護罩；

所述數控裝置分別與激光器、感應加熱器、高頻振鏡控制器和運動機械電信號連接，激光器通過傳輸光纖與高頻振鏡聚焦裝置連接；所述加工機床用于安裝工件或復合熔覆加工頭，實現其運動；復合熔覆加工頭采用旁軸結構，包括振鏡聚焦裝置、送粉噴嘴、感應加熱線圈和調節裝置；調節裝置用于調節激光束與粉末噴嘴的夾角，以及感應加熱線圈與基材表面的距離；所述振鏡聚焦裝置內安裝有用于激光束聚焦和振蕩掃描的振鏡鏡組；所述激光器、感應加熱器、自動送粉器、高頻振鏡控制器、數控裝置、加工機床、復合熔覆加工頭均位于惰性氣體保護罩內；所述惰性氣體保護罩內充有氬氣。