[發明專利]一種制備顆粒增強復合涂層的方法及產品

有效

• 申請號: 202110466561.0
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113322459B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 王鄧志;宋文姬;湯叢文;胡乾午;曾曉雁
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 王世芳;曹葆青

本發明公開一種制備顆粒增強復合涂層的方法及產品，屬于激光先進制造領域，其包括如下步驟：(1)將高功率振鏡與計算機連接，設定光束掃描模式、頻率、跳轉速度、振動幅度的參數；(2)將增強顆粒和金屬粉末分別裝入獨立的送粉斗中，分別調節各自送粉量；(3)使激光束按照預設的模式掃描，在金屬基材表面形成熔池，并將增強顆粒和金屬粉末同步送入熔池中，同步送入熔池內部的增強顆粒、熔池內的金屬液體、混入熔池的氣體分別為固、液、氣三相，振蕩掃描激光束對多相流進行攪拌，形成有序流動。本發明方法保證增強顆粒在復合熔覆層內部均勻分布，促進氣孔逸出，并降低增強顆粒的燒損，本發明涂層致密性良好。

技術領域

本發明屬于激光先進制造領域，更具體地，涉及一種激光振蕩熔覆制備顆粒增強復合涂層的方法及產品。

背景技術

顆粒增強金屬基復合材料是以金屬為基體，以金屬碳化物、氧化物、氮化物陶瓷等顆粒為增強相，通過一定得工藝復合而成的一種高性能材料。其可將金屬良好的延展性、導電、導熱性與增強顆粒的高強度和熱穩定性相結合。使其具有優異的耐磨和耐高溫性能而被廣泛應用于模具、冶金、石油等領域。

目前，顆粒增強金屬基復合材料的制備方法主要包括粉末冶金、熔滲、壓力鑄造等。然而，整體制作顆粒增強金屬基復合材料工序復雜，且難以制作大型復雜零件，并且顆粒增強復合材料涂層的性能欠佳，表現為材料致密性不足，最終導致涂層各項性能不理想。

采用表面工程技術在普通基材表面制備顆粒增強金屬基復合熔覆層，可以有效地將顆粒增強金屬基復合材料的高硬度和耐磨性與金屬基體良好的塑性韌性結合起來，相得益彰。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于，提供一種制備顆粒增強復合涂層的方法和產品，通過激光束振蕩掃描，驅動激光熔池中固、液、氣三相有序流動，保證增強顆粒在復合熔覆層內部均勻分布，促進氣孔逸出，并降低增強顆粒的燒損，解決了現有激光熔覆制作顆粒增強金屬基復合涂層顆粒分布不均勻和容易產生氣孔的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種制備顆粒增強復合涂層的方法，其包括如下步驟：

(1)將高功率振鏡與計算機連接，設定光束掃描模式、頻率、跳轉速度、振動幅度的參數；

(2)將增強顆粒和金屬粉末分別裝入獨立的送粉斗中，分別調節各自送粉量；

(3)開啟激光器，啟動振鏡控制系統，使激光束按照預設的模式掃描，在金屬基材表面形成熔池，并將增強顆粒和金屬粉末同步送入熔池中，同步送入熔池內部的增強顆粒、熔池內的金屬液體、混入熔池的氣體分別為固、液、氣三相，振蕩掃描激光束驅動熔池形成有序流動，保證增強顆粒在復合熔覆層內部均勻分布，促進氣孔逸出，并降低增強顆粒的燒損，制備顆粒增強金屬基復合涂層。

進一步的，其還包括步驟(4)，步驟(4)具體為：重復步驟(3)，制備多道多層顆粒增強金屬基復合熔覆層，所述多道是指搭接3道及以上，所述多層是指堆高2層及以上。

進一步的，所述有序流動是指熔池中混合有增強顆粒的金屬液體伴隨振蕩掃描激光束的攪拌方向規律流動。

進一步的，所述振蕩掃描激光束的振蕩軌跡為圓形、沿著熔覆方向或/垂直熔覆方向。

進一步的，光束振蕩頻率為20Hz～1000Hz，振動幅度為0.1mm～30mm。

進一步的，具有顆粒增強復合涂層中增強顆粒整體均勻分布，與基體金屬形成冶金結合。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，具有以下有益效果：

1.光束振蕩掃描過程中，會對熔池起到強制攪拌作用，形成固-液-氣多相有序流動，促進熔池中氣體逸出，抑制熔覆層中氣孔的產生；并且攪拌的過程中還會使得熔池內部的增強顆粒均勻分布，在熔池凝固的過程中增強顆粒被“凍結”在熔池中，形成增強顆粒分布均勻的復合層。