[发明专利]交变磁场辅助超高速激光熔覆非晶涂层的制备方法及装置

说明书

本发明属于激光熔覆技术领域，涉及交变磁场辅助超高速激光熔覆非晶涂层的制备方法及装置。充分利用了超高速激光熔覆技术的“快速凝固”和磁场技术的“熔池搅拌”、“晶粒细化”以及“微观缺陷消除”等原理，实现非晶涂层的高效率，高质量制备，与传统激光熔覆相比，采用该技术制备的非晶涂层内枝晶细化的效果更加明显，非晶相含量更多，涂层厚度更薄，涂层的稀释率可以降低到1%以下,涂层的耐磨耐腐蚀性能显著提高；另外，涂层中的气孔和裂纹数量有所降低。

技术领域

本发明属于非晶涂层激光熔覆制造技术领域，具体涉及一种交变磁场辅助超高速激光熔覆非晶涂层的制备方法及装置。

背景技术

非晶合金又称金属玻璃，是指一类在原子层面上呈现长程无序、短程有序的金属材料，其原子排列方式相较于传统晶态合金材料来说更为特殊。这种特殊的物质原子结构使非晶合金在硬度、超导、软磁、耐磨以及耐蚀等方面表现出良好的优越性。在传统激光熔覆存在生产效率低、加工精度低、工件变形高等局限性的背景下，超高速激光熔覆技术逐渐引起人们的关注。非晶涂层的形成需要极大的冷却速度，而机床的高速转动恰恰满足此条件，有利于非晶相的形成。利用超高速激光熔覆可以促进非晶涂层中非晶相的形成，从而提高涂层的耐磨耐蚀、硬度等性能。平台中可调控的激光熔覆头可以精确把控涂层的厚度，降低涂层的粗糙度，大大减少生产成本。与传统激光熔覆技术相比，高速激光熔覆对工件的热输入小，稀释率低，工件基本无变形，熔覆层与基体为冶金结合，制备熔覆层的速度快、效率高，熔覆层表面光洁度较为良好，非常适合制备非晶涂层。

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含量，提高非晶涂层性能,但由于高速激光熔覆过程中激光与熔池反应时间极短导致涂层的上下层温度梯度较大，骤冷产生的热残余拉应力以及涂层与基体的热膨胀系数差异较大等原因将会直接导致本就极脆的非晶涂层开裂。此外，磨屑非晶粉末中含油B，Si等元素，它们具有较强的造渣能力，高速熔覆过程中此类元素在熔池中可能来不及上浮而夹杂熔覆层中形成孔洞，还会导致裂纹敏感性的提高。另外，对于不同体系的非晶粉末来说，高速激光熔覆的效果也不尽相同。对于熔覆过程中非晶涂层内的组织的进一步细化以及性能的提高以及气孔裂纹的降低是当前超高速激光熔覆非晶涂层技术还需努力改进的地方。

发明内容

技术目的：针对现有非晶涂层中非晶相含量低、涂层致密度小、易存在气孔裂纹缺陷等问题，本发明公开了一种交变磁场辅助超高速激光熔覆非晶涂层的制备方法及装置。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：

一种交变磁场辅助超高速激光熔覆非晶涂层的制备方法，利用同轴送粉方式在基材表面制备非晶涂层的同时施加交变磁场作用于激光熔池,使涂层在基体表面熔覆过程与交变磁场的作用同步进行，具体包括如下步骤：

包括步骤：

S01、先将工件打磨清洗，安装定位在机床上，

S02、将非晶粉末烘干后放入送粉机，由送粉机将非晶粉末送入高速激光熔覆头处；

S03、开启高速激光熔覆头、激光以及设置在高速激光熔覆头上与高速激光熔覆头同步移动的交变磁场设备，进行工件的非晶涂层熔覆；

S04、在熔覆加工完成后，取出工件自然冷却；

S05、最后，使用乙醇对工件表面擦拭清洗，用无尘布进行包裹保存。

优选地，在步骤S02中，送粉机采用同轴送粉的方式，通过激光束使非晶粉末在工件上方融化后进入熔池凝固成型。

优选地，本发明的交变磁场设备的交变磁场频率范围为0-50Hz，磁感应强度B范围为0-30mT。

优选地，本发明的高速激光熔覆头的端部与工件表面距离，控制离焦量为+5mm，交变磁场设备的磁头与工件的表面相贴合。

优选地，本发明的非晶粉末包括镍基非晶、铁基非晶、锆基非晶粉末。