[发明专利]喷射沉积-激光重熔复合成形工艺及设备

说明书

技术领域

本发明属于材料加工技术领域，具体地，涉及到一种喷射沉积-激光重熔复合成形工艺及设备。

背景技术

喷射沉积成形(spray deposition forming)是一种利用高速气体，雾化金属熔液并形成微小金属液滴射流，然后沉积成形的材料加工工艺，得到的沉积坯具有晶粒细小、没有宏观偏析等优点。因此是一种工艺简单、短流程、高品质，而且适用材料范围广的材料成形技术。但目前的喷射沉积成形工艺由于在沉积时含有一定量的凝固态材料，再加上雾化气体的影响，沉积坯或制件或多或少存在孔隙和微观疏松，孔隙率至少0.5％以上。而这些缺陷使沉积制件的机械性能大为下降，必须进行热等静压、挤压、锻造或其它密实工艺，消除或减少孔隙，以达到使用要求。

激光重熔(laser beam remelting)是利用激光的高能量密度和非接触作用的特点，扫描固体粉末表面，使之熔化并沉积，并通过逐层堆积的方式制造实体零件。但由于要重熔完全固态的粉末，因此不可避免地存在孔隙等缺陷，也需要进行热等静压等后续工艺进行密实，以满足使用要求。同时激光重熔沉积技术一般都需要事先制备的材料粉末，因此流程较长，工艺受粉末性质的影响较大，易引入杂质。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。

为此，本发明的一个目的在于提出一种喷射沉积-激光重熔复合成形工艺，该复合成形工艺将喷射沉积与激光重熔沉积工艺结合，减少或消除沉积层组织中的孔隙和疏松，致密化喷射沉积的材料组织，提高了沉积坯的性能。

本发明的另一目的在于提出一种喷射沉积-激光重熔复合成形设备，该设备通过将喷射沉积与激光(或电子束)重熔沉积工艺结合进行沉积坯的成形，减少或消除沉积组织中的孔隙和疏松，致密化喷射沉积的材料组织，提高了沉积坯的性能。

根据本发明实施例的喷射沉积-激光重熔复合成形工艺，包括以下步骤：喷射沉积：向沉积基体上的沉积区域内喷射金属液以在所述沉积区域内形成沉积层；激光重熔：利用激光扫描所述沉积层以对所述沉积层进行激光重熔和束流冲击形成重熔层；和沉积坯成形：驱动所述沉积基体运动且在所述沉积基体运动过程中重复执行所述喷射沉积和激光重熔，以在所述沉积基体上形成由多层沉积-重熔层构成的沉积坯。

根据本发明实施例的喷射沉积-激光重熔复合成形工艺，将激光(或电子束等高能束)的扫描重熔技术与喷射沉积成形技术结合，利用激光(或电子束等高能束)，对喷射沉积成形的沉积层组织进行同步扫描，通过控制沉积区域的温度和重熔沉积层的方法，减少或消除沉积层组织中的孔隙和疏松，致密化喷射沉积的材料组织，以进一步提高其性能。

另外，根据本发明上述实施例的喷射沉积-激光重熔复合成形工艺还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述激光重熔的区域沿相同的运动轨迹跟随所述喷射沉积的区域。

根据本发明的一个实施例，所述喷射沉积-激光重熔复合成形工艺还包括：在喷射沉积之前检测所述沉积基体的表面温度；和根据检测到的所述沉积基体的表面温度通过所述激光扫描预热所述沉积基体的表面以将喷射沉积之前的所述沉积基体的表面温度控制在预定温度范围内。

根据本发明的一个实施例，所述喷射沉积-激光重熔复合成形工艺还包括：在喷射沉积过程中检测所述沉积层的表面温度；和根据检测所述沉积层的表面温度通过所述激光扫描将所述沉积层的表面控制为半液态或半固态。

根据本发明的一个实施例，所述喷射沉积-激光重熔复合成形工艺还包括：在所述喷射沉积和激光重熔过程中检测每一层所述沉积层和每一层所述重熔层的温度；根据检测到的所述沉积层和重熔层的温度通过改变喷射沉积参数、所述激光的功率、所述激光的频率、所述激光的扫描路径和所述沉积基体的运动参数中的至少一部分，以控制所述沉积层和重熔层的温度均匀性。

根据本发明的一个实施例，所述喷射沉积-激光重熔复合成形工艺还包括还包括在所述沉积坯成形之后通过所述激光扫描所述沉积坯，以控制所述沉积坯的冷却速度和冷却过程中的温度场均匀性。