[發(fā)明專利]一種復(fù)合超高速激光熔覆裝置及其熔覆方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210612977.3
• 申請日: 2022-05-31
• 公開（公告）號: CN114959688B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王淼輝;杜博睿;葛學(xué)元;范斌;徐一斐;何冰
• 申請（專利權(quán)）人: 中機(jī)新材料研究院（鄭州）有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 鄭州久信知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41194
• 代理人: 靳錦

本發(fā)明公開一種復(fù)合超高速激光熔覆裝置及其熔覆方法，包括紅外光光路、藍(lán)光光路和用于噴射熔覆材料的送粉噴嘴；所述紅外光光路將紅外光激光器產(chǎn)生的紅外光最終聚焦為圓形的紅外光光斑；所述藍(lán)光光路將藍(lán)光激光器產(chǎn)生的藍(lán)光最終聚焦為圓形的藍(lán)光光斑；所述藍(lán)光光斑距所述紅外光光斑1?5mm，所述紅外光光斑和所述藍(lán)光光斑分別作用于不同的材料；所述送粉噴嘴將熔覆材料噴至所述紅外光光斑處或所述藍(lán)光光斑處。本發(fā)明有兩種激光光源，并分成兩路光路，兩類激光分別作用于基材和熔覆材料不同類型的材料，有效解決了銅、鋁等高反射材料對紅外激光吸收率低的問題，實(shí)現(xiàn)異種材料同時熔化、涂層和基體的有效結(jié)合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光增材技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種復(fù)合超高速激光熔覆裝置及熔覆方法。

背景技術(shù)

超高速激光熔覆是通過同步送粉添料方式，利用高能密度的束流使粉末材料與高速率運(yùn)動的基體材料表面同時熔化，并快速凝固后形成稀釋率極低，與基體呈冶金結(jié)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、抗氧化等工藝特性的工藝方法，具有優(yōu)質(zhì)、高效、綠色等優(yōu)勢。

在現(xiàn)代工業(yè)中，許多零部件處于十分復(fù)雜的工況環(huán)境，往往對表面有特殊的性能需求，如高耐蝕、導(dǎo)熱、導(dǎo)電等，需要在鋼鐵材料基體表面制備銅、鋁等合金材料涂層，而這一類金屬對紅外波段激光的反射率高，能量利用率低，且超高速激光熔覆在基體表面形成的熔池較淺，單一波段的激光難以實(shí)現(xiàn)粉末與基體的同時熔化，從而導(dǎo)致涂層與基體無法有效結(jié)合。因此，設(shè)計(jì)一種雙波段激光的復(fù)合超高速激光熔覆裝置尤為必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種復(fù)合超高速激光熔覆裝置及熔覆方法，目的在于解決異種材料難以同時熔化的問題，實(shí)現(xiàn)超高速激光熔覆涂層與基體有效結(jié)合。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

本發(fā)明提供了一種復(fù)合超高速激光熔覆裝置，包括紅外光光路、藍(lán)光光路和用于噴射熔覆材料的送粉噴嘴；

所述紅外光光路將紅外光激光器產(chǎn)生的紅外光最終聚焦為圓形的紅外光光斑；

所述藍(lán)光光路將藍(lán)光激光器產(chǎn)生的藍(lán)光最終聚焦為圓形的藍(lán)光光斑；

所述藍(lán)光光斑距所述紅外光光斑1-5mm，所述紅外光光斑和所述藍(lán)光光斑分別作用于不同的材料；

所述送粉噴嘴將熔覆材料噴至所述紅外光光斑處或所述藍(lán)光光斑處。

其中，所述紅外光光路包括紅外光激光器、紅外光擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡、用于將實(shí)心紅外光光束轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)形光束的紅外光圓錐鏡和用于將環(huán)形光束反射成環(huán)錐形紅外光光束的紅外光環(huán)形聚焦鏡，所述紅外光激光器產(chǎn)生的激光沿紅外光擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡、紅外光圓錐鏡、紅外光環(huán)形聚焦鏡依次傳輸后聚焦成為環(huán)錐形紅外光光束，并最終在基材表面聚焦為圓形的紅外光光斑；

所述藍(lán)光光路包括藍(lán)光激光器、藍(lán)光擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡、藍(lán)光第一反射鏡、藍(lán)光第二反射鏡和藍(lán)光球面聚焦鏡，所述藍(lán)光激光器產(chǎn)生的激光沿藍(lán)光擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡、藍(lán)光第一反射鏡、藍(lán)光第二反射鏡和藍(lán)光球面聚焦鏡依次傳輸后聚焦成為錐形藍(lán)光光束，并最終在基材上方聚焦為圓形的藍(lán)光光斑；

所述送粉噴嘴為同軸環(huán)形送粉噴嘴，與所述環(huán)錐形紅外光光束和錐形藍(lán)光光束的中軸線同軸，所述送粉噴嘴將熔覆材料噴至所述藍(lán)光光斑處。

其中，所述紅外光圓錐鏡位于所述紅外光擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡下方，并位于所述紅外光環(huán)形聚焦鏡的中心位置。

其中，所述紅外光圓錐鏡、所述藍(lán)光第二反射鏡、所述藍(lán)光球面聚焦鏡和所述紅外光光斑成直線分布，所述藍(lán)光第二反射鏡和所述藍(lán)光球面聚焦鏡位于所述環(huán)錐形紅外光光束內(nèi)。