[发明专利]一种减小激光熔覆金属涂层残余应力的方法

说明书

本发明公开了一种减小激光熔覆金属涂层残余应力的方法，本发明在熔覆之前，在基材上预制规则排布的沟槽微结构，激光焦点落在两相邻沟槽中心处，熔化道与沟槽相互平行。本发明适用于激光熔覆技术，其特点在于成形件残余应力低，有效避免裂纹、开裂、翘曲变形现象，无需额外的设备，操作简单。

技术领域

本发明涉及激光加工领域，尤其涉及一种减小激光熔覆金属涂层残余应力的方法。

背景技术

激光熔覆是一种利用高能激光束将金属粉末熔覆到基材上制备金属涂层的方法，该方法具有与基材结合强度高、稀释率低、硬度高、耐磨与耐腐蚀等优点。近年来，基于此技术对关键金属零部件进行表面改性强化正成为研究热点，并展现出广阔的应用前景。然而，由于激光能量分布不均、熔覆过程中温度梯度大、凝固速率大等因素，经激光熔覆的金属陶瓷层因为残余应力会导致裂纹等缺陷，熔覆层易开裂的问题，严重制约了其向工业领域中的进一步推广和应用。

为了解决这一难题，研究人员采取了以下四种方法：

第一，从激光功率、光斑直径、扫描速度、搭接率、扫描策略等方面优化工艺参数，改变制件内部的应力分布从而减小残余应力，但是不能兼顾制件的力学性能；

第二，在成形基材上增加预热模块，在激光扫描基材之前在基材底部加热，降低成形件与基材制件的温度梯度，从而减小因温度梯度过大而产生的残余应力，但是对基材进行预热会增加设备的复杂性和控制的难度；

第三，将成形件进行热等静压、去应力退火等后处理，消除成形件内部残余应力，虽然可以在一定程度上减小残余应力，但是制件加工完成后依然会变形开裂，不能起到预防作用；

第四，熔覆过程中掺入MgO、CeO2、Y2O3等氧化物以减少残余应力，但是氧化物掺入使得工艺复杂、生产效率低、加工成本大。

综上，现有技术中，缺乏一种简单且成本低廉的方法，能够有效减少残余应力，避免金属熔融层开裂的方法。

发明内容

本发明提供一种减小激光熔覆金属涂层残余应力的方法，能够通过简单易行，成本低廉的方法，减少金属熔融涂层的残余应力，避免金属熔融层开裂的问题。

一种减小激光熔覆金属涂层残余应力的方法，包括：

S1、将基材固定安装于加工底板；

S2、激光在所述基材表面扫描并烧蚀出沟槽；

S3、开启送粉系统，在所述沟槽中铺盖金属粉；

S4、所述激光焦点落在相邻的所述沟槽中心处，金属粉经激光熔化后凝固, 形成熔化道,金属粉熔覆后包裹在基材表面,形成熔覆层。

进一步的，沟槽的尺寸为：深度d＝1～3mm、宽度b＝1～2mm、间距a＝1～5mm。

进一步的，沟槽相互平行，并且与所述激光扫描的方向平行。

进一步的，金属粉的材料包括：铜基材料、铁基材料、钴基材料、镍基材料、铝基材料、金属间化合物基材料。

进一步的，金属粉的粒度为-100～+300目

进一步的，激光功率为P＝500～10000W，扫描速度为v＝1～10mm/s，光斑直径为D＝1～5mm，保护气体为惰性气体。

进一步的，基材是平面型时，沟槽为栅格型和边界偏移型；基材是几面型时，沟槽为边界偏移型；基材是回转体时，沟槽为螺旋形。

本发明具的有益效果为：在基材上预制规则排布的沟槽结构，均匀的沟槽能有效释放熔覆层热应变所受束缚，减少残余应力累积，降低残余应力水平并抑制裂纹产生，有效的避免了裂纹和开裂的问题。

附图说明