[发明专利]一种利用异步送粉法进行激光熔覆制备陶瓷颗粒增强金属基复合涂层的方法

说明书

技术领域

本发明属于激光加工领域，涉及激光熔覆一种新的送粉方式异步送粉法，特别涉及异步送粉法制备陶瓷颗粒增强金属基复合涂层。

背景技术

目前激光熔覆的送粉方式主要分为预制涂层法、同轴送粉法和侧向送粉法。预制涂层法工艺简单，操作灵活，对粉末流动性无要求，但在制备陶瓷颗粒增强金属基复合涂层时涂层厚度难以准确控制，稀释率较大，气孔较多，而且熔覆层中存在陶瓷颗粒熔化分解严重和分布不均的现象，直接影响涂层性能。与预制涂层法相比，同轴送粉法和侧向送粉法具有工艺流程简单，涂层厚度、稀释率可控和便于自动化生产等优点，但在陶瓷颗粒增强金属基复合涂层制备过程中仍出现陶瓷颗粒烧损和熔化分解严重及颗粒分布不均匀的现象，而且陶瓷颗粒和合金粉末在送粉过程中相互作用影响送粉效率，以至涂层硬度比相同条件下预制涂层法制备的熔覆层低，大大降低了涂层的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用异步送粉法进行激光熔覆制备陶瓷颗粒增强金属基复合涂层的方法，该方法将同轴送粉嘴和侧向送粉嘴相结合，能够减少陶瓷颗粒增强相的熔化分解和偏聚及分布不均匀现象，使陶瓷颗粒增强相最大限度的保持原有形貌并均匀分布在整个涂层当中，大幅度提高涂层的性能。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用异步送粉法进行激光熔覆制备陶瓷颗粒增强金属基复合涂层的方法，包括以下步骤：

步骤一：将侧向送粉嘴固定在同轴送粉嘴上组装成异步送粉嘴，其中侧向送粉嘴固定在与激光扫描方向相反的一侧；

步骤二：将合金粉末或金属陶瓷复合粉末送入同轴送粉嘴，将陶瓷颗粒增强相送入侧向送粉嘴；

步骤三：通过调节侧向送粉嘴的角度和位置，使侧向送粉嘴将陶瓷颗粒增强相送入到与激光扫描方向相反一侧熔池的中部至尾部之间的部位，同时通过同轴送粉嘴将合金粉末或金属陶瓷复合粉末送入熔池中央，使用激光器进行激光熔覆，得到陶瓷颗粒增强金属基复合涂层。

所述步骤二中的合金粉末为铁基、钴基、镍基、铜基、钛基、镁基、铝基或金属间化合物基的合金粉末，合金粉末的粒径为0.1～500微米。

所述步骤二中的金属陶瓷复合粉末中所含的金属粉末为铁基、钴基、镍基、铜基、钛基、镁基、铝基或金属间化合物基的合金粉末，金属陶瓷复合粉末中所含的陶瓷颗粒为碳化物、氮化物、硼化物和氧化物陶瓷颗粒中的一种或任意比例的混合物；金属陶瓷复合粉末中所含的陶瓷颗粒的粒径为0.1～500微米，质量分数为0.1～70％；金属陶瓷复合粉末中所含的金属粉末的粒径为0.1～500微米，质量分数为30～99.9％。

所述步骤二中的陶瓷颗粒增强相为陶瓷粉末或含有金属粉末的陶瓷金属复合粉末。

所述的陶瓷粉末为单一的陶瓷材料或两种及两种以上的陶瓷材料的混合物，陶瓷金属复合粉末中所含的陶瓷粉末为单一的陶瓷材料或两种及两种以上的陶瓷材料的混合物。

所述的陶瓷粉末为碳化物、氮化物、硼化物和氧化物陶瓷颗粒中的一种或任意比例的混合物；陶瓷粉末的粒径为0.1～500微米。

所述的陶瓷金属复合粉末中所含的陶瓷粉末为碳化物、氮化物、硼化物和氧化物陶瓷颗粒中的一种或任意比例的混合物，陶瓷金属复合粉末中所含的金属粉末为铁基、钴基、镍基、铜基、钛基、镁基、铝基或金属间化合物基的合金粉末；陶瓷金属复合粉末中所含的陶瓷粉末的粒径为0.1～500微米，质量分数为70～99.9％；陶瓷金属复合粉末中所含的金属粉末的粒径为0.1～500微米，质量分数为0.1～30％。

所述步骤二中的陶瓷颗粒增强相的形状为球形、近球形、多角形或其他不规则外形。

所述步骤三中侧向送粉嘴的送粉角度为20～70°，侧向送粉嘴的出粉口距离熔池的高度为2～20mm。

所述步骤三中激光熔覆时采用的激光器为二氧化碳激光器，其功率为100W～10kW，扫描速度为50～600mm/min，离焦量为0～30mm，同轴送粉嘴的送粉量为2～10r/min，载气流量为1～10L/min，侧向送粉嘴的送粉量为2～10r/min，载气流量为1～10L/min，保护气压力0.01～1MPa，保护气和载气均为惰性气体。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：