[发明专利]一种基于激光加工技术制备涂层的方法及装置

摘要

本发明公开一种基于激光加工技术制备涂层的方法及装置，属于零件再制造技术领域。该方法首先将工件表面涂覆一薄层黑色有机物，作为激光能量吸收层，用功率密度为GW/cm²级的脉冲激光辐照工件表面，以在工件表面产生塑性凹坑，再对处理后的工件表面清洗、干燥，用功率密度为10⁴～10⁶W/cm²的激光脉冲束照射喷涂丝使其熔化成为液态，液态在高压保护气吹送下高速撞击工件表面，形成涂层。本发明采用可调激光器，可以控制激光脉冲束直径和输出的能量，本发明方法制备的涂层具有界面结合力强、质量高的特点，本发明具有喷涂用时短、能耗少及无污染等技术特点。

主权项

1.一种基于激光加工技术制备涂层的方法，其特征在于该方法具体步骤如下：(1)在干燥洁净的工件(11)待喷涂的表面涂覆一层厚度0.05mm的黑色有机物，所述黑色有机物作为吸收层，再将所述工件(11)固定在工作台(12)上，开启水喷头(17)的水阀(18)，在所述工件(11)待喷涂的表面形成2mm厚的流动水层，水流速度为2～5m/s；激光脉冲束(7)经过聚焦透镜(33)后会聚，通过所述工作台(12)及所述聚焦透镜(33)的上下运动，在所述工件(11)的表面形成直径为0.2～1.5mm的光斑，功率密度为GW/cm2的所述激光脉冲束(7)穿过流动的水层照射到所述吸收层上，所述吸收层吸收激光能量后气化、电离，形成高温高压等离子体，所述高温高压等离子体在极短时间内膨胀，并受到水层的约束作用，产生GPa量级的冲击波，所述冲击波使所述工件(11)表面形成塑性变形的微凹坑和残余压应力；将所述工作台(12)在水平面内移动，在所述工件(11)待处理表面的另一位置形成塑性变形的微凹坑和残余压应力，在所述工件(11)表面产生呈现一定密度点阵分布的微凹坑；(2)开启储气罐(5)的气阀(9)，使压力为0.5‑1.5MPa的保护气体进入喷枪(8)内，调节所述水阀(18)的开合度，使水流速度达到30m/s以上，通过气体和高压水流共同冲刷和冲洗，清除所述工件(11)表面残余的未被烧蚀的吸收层，随后关闭所述水阀(18)，等气体吹干所述工件(11)待喷涂表面后，移动聚焦透镜底座(39)，调节所述聚焦透镜(33)的位置，使所述激光脉冲束(7)聚焦在左右对称设置的喷涂丝(15)交汇的位置上，所述喷涂丝(15)由送丝电机(20)带动减速器(19)通过送丝滚轮(14)送入，调整所述激光脉冲束(7)的脉冲能量，使其功率密度为104～106W/cm2，所述喷涂丝(15)被所述激光脉冲束(7)辐照后迅速熔化为液态熔滴，高压保护气将液态熔滴迅速雾化成颗粒，高压保护气吹动颗粒高速撞击所述工件(11)表面，在所述工件(11)表面形成涂层(21)，实现一次喷涂，通过所述工作台(12)的水平运动进行多次喷涂，从而完成所述工件(11)整个表面的喷涂。