[发明专利]一种真空条件下同轴送粉激光熔覆方法及其专用加工装置

说明书

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，特别提供一种真空条件下同轴送粉激光熔覆方法及其专用加工装置。

背景技术

激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。

与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点，因此激光熔覆技术应用前景十分广阔。

从当前激光熔覆的应用情况来看，其主要应用于三个方面：一，对材料的表面改性，如燃汽轮机叶片，轧辊，齿轮等；二，对产品的表面修复，如转子，模具等。有关资料表明，修复后的部件强度可达到原强度的90％以上，其修复费用不到重置价格的1/5，更重要的是缩短了维修时间，解决了大型企业重大成套设备连续可靠运行所必须解决的转动部件快速抢修难题。另外，对关键部件表面通过激光熔覆超耐磨抗蚀合金，可以在零部件表面不变形的情况下大大提高零部件的使用寿命；对模具表面进行激光熔覆处理，不仅提高模具强度，还可以降低2/3的制造成本，缩短4/5的制造周期。三，快速原型制造。利用金属粉末的逐层烧结叠加，快速制造出模型。

激光熔覆加工所用装置通常包括工作台、支架、激光器、导光装置(或称导光系统)、自动送粉器以及同轴喷嘴等，激光器产生的激光经导光装置后，由聚焦系统聚焦后输出并对工件进行加工。然而某些激光熔覆材料易与空气中的氧气发生反应，影响加工效果，因此，本发明提供一种真空条件下同轴送粉激光熔覆方法及真空激光熔覆加工装置以解决该问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种真空条件下同轴送粉激光熔覆方法及其专用加工装置。

本发明具体提供了一种真空条件下同轴送粉激光熔覆方法，其特征在于，在真空条件下采用同轴送粉激光熔覆方法对材料进行加工，包括以下步骤：(1)采用有机溶剂对基材表面进行清洗处理；(2)将基材放入真空室中，采用真空机组对真空室进行抽真空；(3)采用激光器发射的激光束辐照在基材指定位置的表面使基材表面熔化，令基材表面形成熔池；(4)采用送粉器将合金粉末送入基材上的熔池中；(5)使基材表面冷却后合金粉末在基材表面形成涂层，完成制备。

本发明所述真空条件下同轴送粉激光熔覆方法，其特征在于：步骤(2)中使真空室的压强达到1Pa；步骤(3)中激光器发射激光功率为500-1200W，激光聚焦直径1-2mm，扫描速度为350-1200mm/min；步骤(5)中基材的冷却速度为10³-10⁵K/s，冷却速度过慢凃层组织晶粒长大影响其性能，冷却速度过快凃层组织易产生裂纹使其使用性能变差。

本发明还提供了所述激光熔覆方法的专用加工装置，其特征在于：一种真空激光熔覆加工装置，其特征在于：所述装置包括激光器、导光装置1、真空室2、工作台3、自动送粉器4、抽真空系统5以及数控系统6；使用时，激光器位于真空室2前端，导光装置1设于真空室2上，工作台3和自动送粉器4的喷嘴设置在真空室2内，抽真空系统5设置在真空室2的外部，数控系统6通过导线与工作台3以及自动送粉器4相连，并通过终端控制设备61来控制工作台3和自动送粉器4；

其中导光装置1包括腔体11、光阑12、透镜13、气体冷却装置14、第一平面镜15、水冷却装置16、第二平面镜17、聚焦镜18以及法兰；

光阑12位于腔体11的激光输入口处，光阑12后腔体11内设有透镜13，透镜13周围设有气体冷却装置14；透镜13远离光阑12的一端设有第一平面镜15，第一平面镜15与腔体11以及透镜13成45°角；第二平面镜17位于第一平面镜15下面，并与第一平面镜15成90°角设置于腔体11内；聚焦镜18设于第二平面镜17的另一端，其镜面与第二平面镜17镜面平行，且聚焦镜18与腔体11的激光输出口成45°角；

第一平面镜15、第二平面镜17以及聚焦镜18背面均设有水冷却装置16。

本发明所述激光熔覆方法的专用加工装置，其特征在于：所述真空室2上设有观察窗21、真空室门22、导光装置连接口23、压力表24以及数控系统入口25，其中观察窗21设有两个，分别设于真空室2两侧，其中较大的观察窗21设于真空室门22上；数控系统入口25位于真空室2底部。