[发明专利]一种表面涂敷工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面涂敷工艺。

背景技术

激光是20世纪60年代一项重大科学成果，它不仅在光学领域开辟了一个新纪元，而且也促进了其他科学领域的发展。60年代，在机械工程领域，激光除了作为非接触测量或准直工具外，作为材料的一种特种加工手段，如集成电路的焊接、金刚石的打孔、陶瓷和硬质合金的切割以及核反应堆堆芯零部件的打孔、切割等，解决了许多关键性的技术问题，称“激光加工”的第一代。70年代开始，由于激光技术的发展和千瓦级大型激光器的研制成功，人们研究激光和材料的相互作用，在改善零件表面的结构和性能方面，取得了可喜的成果，称“激光加工的第二代。

目前，激光表面工程已发展成为材料工程学科的重要方向之～，被誉为光加工时代的一个标志性技术，各国(尤其是发达国家)均予以重点发展。我国是80年代初开始研究激光表面技术的，二十多年来，已取得了一些重要成果。随着我国制造业的崛起和发展，激光表面工程的市场需求正在快速增长，虽然激光加工目前还是一种成本较高的加工方式，但其优异的性能价格比使其越来越成为许多重要、关键零部件的表面改性方式，人们认识到它的良好前景并在各行各业积极开展应用研究。

激光是一种原子系统在受激辐射放大过程中产生的具有高亮度的相干光。与普通光相比，激光具有极高单色性、空间相干性、方向性和高能量密度。其中激光束的空间相干性和方向对它的聚焦性能有重要影响。激光表现出良好的聚焦特性，聚焦后的激光在焦点附近可以达到107—1012w/cm以上的能量密度，产生数千度乃至上万度的高温，可以熔化和汽化任何材料，从而实现各种加工。与传统加工方法相比，有以下特点：

1.激光能量密度高，可以在瞬间熔化和汽化任何材料，实现各种金属和非金属的加工，包括各种难熔材料和高导热性材料。

2.激光加工为非接触加工，与被加工工件之间没有力的作用，不存在刀具的磨损，可以加工脆性材料和高硬度材料。

3.激光束易于聚焦和成型，根据需要可以任意改变光斑形状、大小和能量密度，实现材料的表面改性。

4.激光束的导向和能量传递方便快捷，与光传输数控系统配合，可以实现高度自动化的三维柔性加工。

5.激光与被加工材料之间的相互作用可以精确控制，加工质量高。

6.激光加工节省能源，不产生环境污染，是一种绿色制造技术。

材料的表面状态对耐蚀性能有很大影响。通过表面加工处理在不锈钢的表面形成更耐腐蚀的表层，使其能经受苛刻的使用环境，可延长使用寿命，提高工作可靠性。对不锈钢进行激光表面加工，改变其性能的研究，主要依据其应用环境，目的大多是为了提高抗蚀性。国内外学者己作过一些研究，如激光熔覆曲、激光冲击强化、激光表面合金化、离子注入和等离子渗氮。不同的方法各有其特点，其中研究较为热门的是激光熔覆，但由于迄今采用的涂覆材料大多为传统热喷涂用Fe、Ni、co基合金粉末，颗粒粗细以“目”计算，使激光高能量密度的作用未充分发挥，激光熔覆层或合金化层的开裂敏感性及与基体结合力仍然是困扰着国内外研究者的一个难题，也是工程应用及产业化的障碍。而激光熔凝是一种可控性极强的凝固技术，在改善材料的耐磨、耐腐蚀性能方面有明显的效果，愈来愈受到重视。

随着现代核能技术的发展，不锈钢除了用量在不断增加外，对不锈钢的耐蚀性要求也越来越高，人们期盼这类材料在腐蚀性介质中、恶劣工况条件下的耐蚀能力进一步提高。近年来，纳米材料及应用技术获得了引人注目的发展。由于纳米材料的小尺寸效应和表面效应，已经发现：纳米微粒的熔点、开始烧结温度和晶化温度比常规粉体低很多；颗粒小，界面多，为原子短程扩散提供了途径，因此纳米材料的固溶扩散能力提高。最近，张光钧等在不锈钢基体上采用激光制备镍基纳米碳化钨复合镀层，得到了一些独特的实验结果，材料的性能大幅度提高。这是由于激光快速熔凝及纳米材料的“纳米效应”的综合作用所致。无疑，嫁接纳米技术的激光熔凝将是未来的发展方向。激光与其它表面处理技术相结合的复合表面工程也是非常好的思路。

在激光表面处理技术中，激光涂覆已成为较为活跃的领域，其特点可归纳如下：

(1)可局部加热覆盖，减少不必要的热损失及变形；

(2)可控制涂层的成分、形状及区域大小；

(3)可获得低的残余应力，避免开裂；

(4)具有小的热循环。涂层稀释度可控；

(5)涂层组织细小，气孔和孔隙率低；

(6)涂层厚度较大，并与基体能形成冶金结合；

(7)作用于基体的能量可调。