[发明专利]超声定点聚焦辅助金属表面激光熔覆纳米陶瓷涂层的方法

摘要

本发明涉及超声定点聚焦辅助金属表面激光熔覆纳米陶瓷涂层的方法，在激光熔覆的过程中，引入定点超声波聚焦作用于金属基体与纳米陶瓷粉末层的结合面，促进了金属基体与纳米陶瓷粉末层之间元素的相互扩散，使金属基体与纳米陶瓷粉末层之间形成良好的冶金结合；同时，超声焦点产生的热效应、空化效应、声流效应，能够促进晶核的形成和液态金属的流动性，使组织成分更加均匀、结构更加致密，提高熔覆层的强度和耐磨性等性能。采用超声定点聚焦，克服了传统超声只能作用全部的熔池、基体引起的熔覆层变薄并向四周扩散的缺点，能够精确控制熔覆层与基体结合面的大小和熔覆层的厚度；而且，柔性化程度高，适用于各种复杂激光熔覆加工环境。

主权项

1.超声定点聚焦辅助金属表面激光熔覆纳米陶瓷涂层的方法，其特征在于：包括以下步骤：A、先对金属基体（11）进行打磨处理，然后用99.7%的无水乙醇清洗金属基体（11），再将清洗后的金属基体（11）固定在实验台（10）的上端面；B、将纳米陶瓷粉末置于烤箱中进行烘烤，再将烘干后的纳米陶瓷粉末放置于同步送粉器（6）中；C、将激光同轴送粉喷嘴（7）竖直固定于机械臂（5）下部；将半圆形超声波换能器（8）用夹具（16）倾斜固定于机械臂（5）侧部；调整机械臂（5），使激光同轴送粉喷嘴（7）的位置位于金属基体（11）正上方；通过中控台（2）开启激光冷水机（4），再开启激光同轴送粉喷嘴（7）下端的红外线发生器（17），调整红外线发生器（17）射出的红外光在金属基体（11）上端面形成直径为4mm的光斑（13）；再开启半圆形超声波换能器（8），调整半圆形超声波换能器（8）在金属基体（11）上的超声波聚焦点与光斑（13）重合；然后关闭半圆形超声波换能器（8）；D、开启氩气储气罐（9），将氩气储气罐（9）与激光同轴送粉喷嘴（7）连通；氩气储气罐（9）的气体流量设定为3L/min；E、开启半圆形超声波换能器（8），再通过中控台（2）分别开启同步送粉器（6）和激光器（3），进行激光熔覆；半圆形超声波换能器（8）的超声功率设定为250W，激光器（3）的激光功率设定为1300W；激光器（3）发射激光，激光经由激光同轴送粉喷嘴（7）下端射出后，与光斑（13）重合；半圆形超声波换能器（8）释放超声波且超声波聚焦点与光斑（13）重合；同步送粉器（6）将纳米陶瓷粉末送至激光同轴送粉喷嘴（7），纳米陶瓷粉末从激光同轴送粉喷嘴（7）下端喷出并受激光照射熔化，覆盖至金属基体（11）上；氩气储气罐（9）向激光同轴送粉喷嘴（7）中通入氩气；F、激光熔覆结束后，依次关闭半圆形超声波换能器（8）、同步送粉器（6）、激光器（3）、红外线发生器（17）、氩气储气罐（9）、激光冷水机（4）以及机械臂（5）；将熔覆后的金属基体（11）放置于室温下冷却10min。