[发明专利]一种超声冲击辅助超高速激光熔覆制备非晶涂层的方法

说明书

本发明一种超声冲击辅助超高速激光熔覆制备非晶涂层的方法，将超高速激光熔覆技术与超声冲击微锻造技术集成一体复合使用，工件除油除锈，安装定位；非晶金属粉末烘干，装入送粉器中；设定激光功率、光斑直径、行走速度、送粉速率，开启超高激光熔覆设备；设定超声功率、超声频率，开启超声冲击装备，超声冲击头作用于已凝固涂层的特定区域；熔覆加工完毕，非晶涂层自然冷却至室温；用无水乙醇清洗非晶涂层，清洗后晾干；本发明充分利用了超高速激光熔覆技术的“快速凝固”和超声冲击微锻造技术的“控制凝固”、“应力消除”、“微观缺陷消除”等原理，实现非晶涂层的高效率、高质量制造。

技术领域

本发明涉及一种超声冲击辅助超高速激光熔覆制备非晶涂层的方法，属于非晶涂层激光熔覆制造技术领域。

背景技术

非晶态合金又称为金属玻璃，具有长程无序短程有序的亚稳态结构特征，固态时其原子的三维空间呈拓扑无序排列并在一定温度范围内这种状态保持相对稳定。与传统的晶态合金相比非晶合金具备很多优异的性能，如高强度、高硬度、高耐腐蚀和耐磨性等。非晶合金的制备需要快速凝固工艺，对工艺条件要求苛刻，因此大块体非晶合金的制备技术难度大；非晶合金的室温脆性断裂等缺点也限制了其工业应用。但是以快速制备技术得到的非晶涂层不仅克服了块体非晶合金的缺点，也使非晶合金优异的耐蚀、耐磨性能得到了保证，使其在工业上大范围的应用非晶合金成为可能。与常规的激光熔覆技术不同，超高速熔覆技术通过同步送粉添料方式，利用高能密度的束流使添加材料与高速运动的基体材料表面同时熔化，并快速凝固后形成稀释率极低，与基体呈冶金结合的熔覆层，因此该技术具有凝固时间极短、熔覆效率高的特点，特别适合非晶涂层制备。

采用超高速激光熔覆技术虽可以大幅提高非晶涂层中的非晶相的比例、确保非晶涂层性能，但该技术熔化沉积非晶金属的时间极短，骤冷产生的高残余应力以及与基体的热膨胀系数差异较大等原因易导致非晶涂层开裂，“高非晶含量”和“无裂纹”这两个相对性能间的矛盾始终无法得到有效解决。为解决裂纹问题，目前多采用提高热输入、添加硬质强化相、预热基板等方法，但这些方法均不利于非晶相的产生及其含量的提高，而且还带来了高性能、高成本、工艺复杂、过程繁琐、制备效率低的缺点，因此如何提高非晶合金中的非晶比例、消除非晶涂层中裂纹的方法是目前制约非晶合金涂层技术推广应用的技术瓶颈。

发明内容

本发明提出一种超声冲击辅助超高速激光熔覆制备非晶涂层的方法，用于实现快速制备非晶涂层，解决非晶涂层难以大面积制备，制备效率低，非晶涂层中非晶相含量不高、涂层致密度不高、易产生裂纹等问题。

本发明是这样实现的：

一种超声冲击辅助超高速激光熔覆制备非晶涂层的方法，将超高速激光熔覆技术与超声冲击微锻造技术集成一体复合使用，具体包括如下步骤：

步骤一，工件除油除锈，安装定位；

步骤二，非晶金属粉末烘干，装入送粉器中；

步骤三，设定激光功率、光斑直径、行走速度、送粉速率，开启超高激光熔覆设备；

步骤四，设定超声功率、超声频率，开启超声冲击装备，超声冲击头作用于已凝固涂层的特定区域；

步骤五，熔覆加工完毕，非晶涂层自然冷却至室温；

步骤六，用无水乙醇清洗非晶涂层，清洗后晾干得到超声冲击辅助超高速激光熔覆制备非晶涂层。

本发明还包括其他技术特征：

所述非晶金属粉末包括铁基非晶、镍基非晶、锆基非晶、铝基非晶、铜基非晶和钛基非晶；

所述步骤四中特定区域的温度介于度玻璃转化温度与晶化温度之间；

所述超高激光熔覆设备采用激光光内同步送粉添料方式，利用高能密度的激光束使非晶金属粉末与高速运动的基体材料表面同时熔化，并快速凝固成型。

本发明有益效果：