[发明专利]一种金属陶瓷复合涂层的激光熔覆的新方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种金属陶瓷复合涂层的激光熔覆的新方法，是基于了激光感应复合快速熔覆的新方法。

背景技术

对关键机械零配件表面进行修复，虽然传统方法如堆焊和热喷涂等的效率高，涂层厚度均匀且与基材接合牢固，但由于受热过程缓慢，导致稀释率与热影响区大，陶瓷相烧损严重，而且只适合在平整表面进行熔涂。而激光熔覆技术具有能量密度高、热变形与热影响区小、稀释率低、激光加工位置可以精确定位等优点，正成为汽车、冶金、交通等领域的关键技术，具有广阔的应用前景。但由于激光熔覆自身的特点即快速加热与快速冷却凝固，在材料表面极易形成裂纹，这已成为阻碍激光熔覆技术工业化应用难以逾越的障碍之一。传统激光熔覆技术存在以下缺点，其一，熔覆效率低，导致大面积熔覆时成本昂贵；其二，由于激光熔覆本身的特点，即快速加热与快速凝固，在激光熔覆过程中，热应力极易诱导熔覆层开裂。

为了克服上述问题，本发明设计一种金属陶瓷复合涂层的激光熔覆的新方法，提出了激光感应复合快速的新方法， 熔覆效率相对于传统激光熔覆技术也大大提高而且金属陶瓷复合涂层无气孔与裂纹。解决熔覆层裂纹问题，加快推动激光熔覆技术的工业化应用。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，发明一种金属陶瓷复合涂层的激光熔覆的新方法。其技术方案是一种金属陶瓷复合涂层的激光熔覆的新方法，其特征是：本发明提出了激光感应复合快速熔覆的新方法，其基本原理是伦兹定律，即随时间变化的电磁场会形成涡流，根据焦尔效应，涡流可以产生热。因此，利用高频感应加热线圈在工件表面产生的集肤效应，可使工件表面的温度只需几秒钟就可达到红热状态，然后将激光束定位到感应加热区，实现激光热源与感应加热源的复合，同时快速进行激光熔覆。

激光感应复合快速熔覆装置主要包括：数控面板、激光器、激光熔池、送粉器数控机床、基板、导磁体、高频感应加热器、专用感应加热线圈等。

具体工艺：将待加工的金属零件放在基板上，熔覆金属陶瓷粉末按比例配好装入送粉器。使用激光感应复合快速熔覆装置进行激光感应复合快速熔覆时，打开高频感应加热器，预热待加工的金属零件。激光扫描速度3000mm/min，粉末沉积率为(52.24～82.67) g/min，获得了无裂纹的金属陶瓷复合涂层。

本发明的特点是：通过引入高频感应加热器，激光熔覆的效率得到大大提高，其显著的优点如下：感应加热装置尺寸小，开启迅速，可取代体积大、起动和关闭时间较长、效率低的加热炉；被加热的工件不需要同感应器接触，加热时间短，装卸方便，而且可以对工件进行实时加热并同时进行激光熔覆，比传统激光熔覆的效率高1~5倍；可对需要加热的区域精确定位，而不必对工件进行整体加热，因此对工件尺寸与形状无限制对于修复大尺寸工件如大型轧辊、曲轴等优势十分明显，应用前景十分广阔。该方法不仅可使熔覆效率大大提高而且获得了无裂纹的金属陶瓷复合涂层，为提高熔覆效率与消除熔覆层的裂纹开辟了一种新的途径，使激光熔覆金属陶瓷复合涂层技术走出实验室，实现工业化应用指日可待。

具体实施方式

一种金属陶瓷复合涂层的激光熔覆的新方法，其特征是：本发明提出了激光感应复合快速熔覆的新方法，其基本原理是伦兹定律，即随时间变化的电磁场会形成涡流，根据焦尔效应，涡流可以产生热。因此，利用高频感应加热线圈在工件表面产生的集肤效应，可使工件表面的温度只需几秒钟就可达到红热状态，然后将激光束定位到感应加热区，实现激光热源与感应加热源的复合，同时快速进行激光熔覆。

激光感应复合快速熔覆装置主要包括：数控面板、激光器、激光熔池、送粉器数控机床、基板、导磁体、高频感应加热器、专用感应加热线圈等。

具体工艺：将待加工的金属零件A3板放在基板上，熔覆金属陶瓷粉末为粉末为Ni60A+ 20 % WC 的复合粉末，按比例配好装入送粉器。，使用激光感应复合快速熔覆装置进行激光感应复合快速熔覆时，打开高频感应加热器，预热待加工的金属零件。激光扫描速度3000mm/min，粉末沉积率为(52.24～82.67) g/min，获得了无裂纹的熔覆层宽度为( 3~5)mm，厚度为(0.6~1.2) mm的金属陶瓷复合涂层，经检测没有气孔与裂纹。