[发明专利]一种基于激光冲击波技术的内孔孔壁冲击喷涂的方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于激光冲击波技术的内孔孔壁冲击喷涂的方法及装置，涉及零件加工再制造领域。本发明首先将料斗内的金属料粉送至坩埚内加热熔化制成金属熔融液，然后利用强激光辐照在熔融液的液面上，熔融液表面部分物质吸收激光能量瞬间气化、电离在液面产生高压等离子体，高压等离子体瞬间对熔融金属液面施加一向下的超高的冲击力，使熔液发生爆炸性溅射，溅射的熔滴在空中飞行遇到阻力，雾化成更为细小的微粒，并以很高的速度撞向工件内孔壁，在孔壁快速凝固后形成致密的涂层。实现该方法的装置包括激光发生器、导光系统、送粉系统、工件夹具系统以及控制系统。本发明具有喷涂压力超高、粒子溅射速度超快、涂层质量好以及效率高等特点。

主权项

一种基于激光冲击波技术的内孔孔壁冲击喷涂的方法，其特征在于该方法具体步骤如下：(1)首先通过进气管(7)向溅射室(14)内通入足量的保护气，排出其内部的空气，以防止金属料粉(10)在高温下被空气中的氧气氧化；(2)启动粉量开关(12)，将料斗(9)内的所述金属料粉(10)经送粉管(11)送至工件(19)内部的坩埚(21)内，再通过加热器(22)加热所述坩埚(21)内的所述金属料粉(10)，将所述金属料粉(10)制备成金属熔融液，并通过所述温控开关(24)控制所述坩埚(21)内所述金属熔融液的温度；(3)开启激光发生器(1)，将脉宽为ns量级、脉冲能量为2‑100J、功率密度为GW/cm2量级的激光脉冲束(3)透过透明玻璃(6)直接辐照在所述金属熔融液的液面上，所述金属熔融液表面极少部分的物质吸收激光能量瞬间气化、电离，在几十个ns的时间内在其表面产生压力为GPa量级的高压等离子体，所述高压等离子体瞬间对所述金属熔融液的液面施加一向下的超高冲击力，使所述金属熔融液发生爆炸性溅射，溅射的熔滴在空中飞行遇到阻力，雾化成更为细小的微粒，并以很高的速度撞向工件(19)内孔孔壁，在所述内孔孔壁快速凝固形成致密的涂层(20)，完成第一次冲击喷涂；(4)当所述第一次冲击喷涂的涂层厚度未达到要求时，需要在同一位置进行多次喷涂，首先控制器(33)控制步进电机(18)带动位于左侧的棍轴(16)转动，拉动透明、阻燃的保护膜(15)向左移动，将所述保护膜(15)上被微粒污染的区域移至光路外，新的未被污染区域移至光路中，随后所述控制器(33)依次重启所述粉量开关(12)、温控开关(24)以及激光发生器(1)，使所述金属料粉(10)进入所述坩埚(21)内，并加热所述金属料粉(10)至金属熔融液，再用所述激光脉冲束(3)辐照金属熔融液的表面，产生高压等离子体完成第二次冲击喷涂，重复上述移动保护膜、送粉、加热、产生激光脉冲和喷涂的过程，完成下一次冲击喷涂，重复多次循环，直至该位置的涂层的厚度满足要求；(5)需要在不同位置进行喷涂时，通过所述控制器(33)控制电动机(28)的转数和转向，使齿轮(30)驱动齿条轴(31)向上或向下移动，带动所述坩埚(21)向上或向下移动，使所述坩埚(21)在新的位置上进行喷涂，直至所述工件(19)内孔壁都达到要求为止，涂层冷却至室温后，关闭保护气，打开活动窗口(25)，取出所述工件(19)。