[发明专利]一种基于激光加工技术制备涂层的方法及装置

说明书

本发明公开一种基于激光加工技术制备涂层的方法及装置，属于零件再制造技术领域。该方法首先将工件表面涂覆一薄层黑色有机物，作为激光能量吸收层，用功率密度为GW/cm²级的脉冲激光辐照工件表面，以在工件表面产生塑性凹坑，再对处理后的工件表面清洗、干燥，用功率密度为10⁴～10⁶W/cm²的激光脉冲束照射喷涂丝使其熔化成为液态，液态在高压保护气吹送下高速撞击工件表面，形成涂层。本发明采用可调激光器，可以控制激光脉冲束直径和输出的能量，本发明方法制备的涂层具有界面结合力强、质量高的特点，本发明具有喷涂用时短、能耗少及无污染等技术特点。

技术领域：

本发明属于零件再制造技术领域，具体涉及一种基于激光加工技术制备热喷涂涂层的方法和装置。本方法首先采用激光冲击的方法在待喷涂的工件表面形成微凹坑，再使用激光熔化喷涂丝的方法在冲击处理后的工件表面形成涂层。使用该方法提高了涂层与基体界面的结合强度，提高了涂层的质量，从而大大延长了工件的使用寿命。

背景技术：

涂层是涂覆在工件表面的一薄层物质，起着隔热、防腐和抗磨损等作用。热喷涂涂层在使用过程中的多种失效形式，如涂层的层离、脱落、开裂等，都和涂层与基体的结合力以及残余应力状态有关。影响涂层与工件表面的结合力主要因素有：工件表面状态、结合面积、残余应力等。工件表面状态包括表面的清洁度和表面粗糙度，表面的油污、锈迹和氧化物都会降低涂层质量和结合强度。在热喷涂过程中，由于涂层和工件基材间热物理性能的差异及高温急冷急热等原因，得到的涂层中会形成残余拉应力，拉应力的存在对涂层的使用性能是非常有害的，过大的拉应力不仅会导致涂层开裂，还会使涂层从基体上剥落下来。为了增大涂层与基体的结合力，有效地提高涂层的性能和使用寿命。在喷涂前，对工件表面进行粗化处理预处理，增大其表面的不平度，从而增加涂层与基体的结合面积，使喷涂颗粒形成交叠连锁状态，以增强结合力。目前，待喷涂工件表面粗化处理主要方法有喷砂、电火花拉毛等。

喷砂处理是把砂粒或磨料定向喷射到待喷涂的工件表面，通过磨料的冲刷、凿削和锤击作用，使得工件表面粗化。喷砂的操作产生较大的粉尘和噪声，对环境污染较大；喷砂的强度不易控制，沙粒大小不一致，得到的凹坑深度不一致，容易导致表面粗糙度难以符合要求，深坑还会导致应力集中，产生有害的残余拉应力，使涂层的疲劳特性降低，特别是带有尖角的异型沙粒对工件表面损伤更大，严重地损害了涂层质量。

电火花拉毛粗化是在工件表面净化后，用镍(或铝)片或丝束作电极，以工件表面作为另一电极，用手工电弧焊进行轻微焊接，在工件表面形成粗糙的薄焊层而达到粗化目的。虽然电火花拉毛粗化处理的设备简单，操作简便，但其手工操作效率较低，在焊接放电的毛化的过程中会形成拉应力，降低工件的抗疲劳性能。

热喷涂是借助某种热源将喷涂材料加热至熔融状态或半熔融状态，再通过高速气流使之雾化，并以一定速度喷射和沉积到工件表面，形成具有各种功能的覆盖层的一种表面工程技术。目前主要的热喷涂方法有火焰线材喷涂、电弧喷涂等。

火焰线材喷涂是较早出现的喷涂方法，其喷涂原理是以合适的速度将线材送入燃烧的火焰中，受热的线材端部熔化，并由压缩空气对熔流喷射雾化、加速，然后喷射到工件表面形成涂层。该喷涂方法由于熔融微粒所携带的热量不足，致使涂层与工件表面以机械结合为主，结合强度偏低；另外，线材的熔断、喷射不均匀造成涂层的组织不均匀，使得喷涂层的组织疏松、多孔，涂层内部的应力较大。

电弧喷涂是将两根被喷涂的金属丝作为自耗性电极，输送直流或交流电，利用丝材端部产生的电弧作热源来熔化金属，用压缩气流雾化熔滴并喷射到基材表面形成涂层。电弧喷涂只能喷涂导电材料，在线材的熔断处产生积垢，使喷涂颗粒大小悬殊，涂层质地不均；另外，由于电弧热源温度高，造成元素的烧损量比采用火焰喷涂大，易导致涂层硬度有所下降。

发明内容：

本发明针对现有技术存在的上述技术问题，提供一种基于激光加工技术制备涂层的方法和装置。本发明所述提供的一种基于激光加工技术制备涂层的方法具体步骤如下：