[发明专利]超音速冷喷涂装置和方法

说明书

本发明公开了一种超音速冷喷涂装置和方法，该装置包括：运动控制系统、在所述运动控制系统上依次排布的激光源、温度检测机构、超音速冷喷枪和还原性气体喷枪，其中，所述激光源的激光束投射在基板上形成的光斑区域、超音速冷喷枪在基板上形成的喷涂区域以及还原性气体喷枪在基板上形成的还原区域的中心处于同一直线上。该方法通过在还原性气氛中，使用激光束将基板加热到奥体式温度区间之后，再进行粉末喷涂，使得喷涂涂层与基板之间的结合力增强，涂层内氧化物少，延伸率高，并且粉末与基板产生固溶体结合，机械性能优异。

技术领域

本发明涉及冷喷涂技术领域，特别涉及一种超音速冷喷涂装置和方法。

背景技术

超音速冷喷涂技术是以高压压缩气体为动力，使粉末颗粒高速撞击基板材料表面，喷涂颗粒在材料表面发生强烈塑性变形而发生粘接，在基板材料表面形成涂层。但冷喷涂的机械性能一直不高，特别是延伸率问题。这主要的问题在于冷喷涂涂层里面氧化物较多引起的。目前为解决氧化问题，冷喷涂主要是在冷喷涂气枪中通入惰性气体，如氩气、氦气等，防止冷喷涂过程中的氧化。但合金粉末由于生产工艺以及运输保存过程等问题，合金粉末表面存在一层氧化层。合金粉末本身存在的氧化层会导致在冷喷涂涂层中存在大量的氧化物，导致冷喷涂涂层机械性能下降，延伸率降低。

发明内容

本发明提供一种超音速冷喷涂装置和方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种超音速冷喷涂装置，包括：运动控制系统、在所述运动控制系统上依次排布的激光源、温度检测机构、超音速冷喷枪和还原性气体喷枪，其中，所述激光源的激光束投射在基板上形成的光斑区域、超音速冷喷枪在基板上形成的喷涂区域以及还原性气体喷枪在基板上形成的还原区域的中心处于同一直线上。

作为优选，所述激光源、超音速冷喷枪、温度检测机构和还原性气体喷枪由运动控制系统带动同步运动。

作为优选，所述激光束直径、超音速冷喷枪直径以及还原性气体喷枪直径的比值为1:1:1～5:1:5。

本发明还提供一种超音速冷喷涂方法，在还原性气氛中，使用激光束将基板加热到奥体式温度区间之后，再进行粉末喷涂。

本发明还提供一种超音速冷喷涂方法，包括：根据基板的尺寸规格和类型确定喷涂路径；调整激光管、温度检测机构、超音速冷喷枪和还原性气体喷枪在运动控制系统上的位置，使激光源发出的激光束投射在基板上形成的光斑区域、超音速冷喷枪在基板上形成的喷涂区域以及还原性气体喷枪在基板上形成的还原区域的中心处于同一直线上，并使所述温度检测机构发出的探测光斑位于光斑区域；激光源发出激光束加热基板，温度检测机构检测加热部分的基板温度并反馈至所述激光源的控制系统，所述激光源的控制系统实时调节激光源的功率；待基板的被加热部位达到奥氏体温度区间后，超音速冷喷枪对被加热部位进行喷涂，以形成喷涂涂层；同时，还原性气体喷枪向所述喷涂涂层喷送还原性气体，以去除喷涂涂层中的氧化物；接着，运动控制系统带动所述激光源、超音速冷喷枪、温度检测机构和还原性气体喷枪按照预设的喷涂路径移动，完成喷涂工作。

作为优选，采用氢气、一氧化碳、氨气或者氢气与惰性气体的混合气作为还原性气体。

作为优选，所述喷涂涂层的温度范围为400℃-700℃。

作为优选，所述激光束对基板加热的温度范围为300℃-1200℃。

作为优选，所述激光束对基板加热的温度范围为800℃-1100℃。

作为优选，在加热基板之前，先使用喷砂工艺取出基板表面的氧化层

作为优选，所述激光束在基板上投射的光斑区域与超音速冷喷枪在基板上形成的喷涂区域的搭接处、超音速冷喷枪在基板上形成的喷涂区域与还原性气体喷枪在基板上形成的还原区域的搭接处，距离为±0.5mm。