專利名稱：工模具表面改質(zhì)和修復方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于表面加工的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的激光熔覆法可將涂覆在基體表面上的材料，經(jīng)激光輻照使之與基體冶金結(jié)合，并形成高度致密的表面熔覆層，從而顯著改善基體表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性，適用于局部易受磨損、沖擊、剝蝕、氧化及腐蝕的零部件；然而，對于制造業(yè)關(guān)鍵裝備的工模具，尤其是大中型復雜形狀工模具的表面改質(zhì)和修復，激光熔覆法效率低且受形狀制約，使其應用受到限制。
熔射(熱噴涂)具有快速、低成本地制作致密涂層等特點，受材料、形狀和尺寸限制小，可以根據(jù)工件表面性能的要求高效率、均勻地獲得各種不同性能的涂層。然而，該方法的難點是涂層難以達到滿密度并難以實現(xiàn)與基體的冶金結(jié)合，特別是熔射高熔點材料時尤其如此。因此，若將熔射法與上述的能實現(xiàn)熔覆材料與基體冶金結(jié)合的激光熔覆法相結(jié)合將是高效率地獲得滿密度且與基體冶金結(jié)合的有效途徑。
Xing Huting等人在對平面狀的等離子噴涂陶瓷層進行激光熔覆方面作了基礎(chǔ)性工藝研究，實現(xiàn)了陶瓷材料與平板基體的冶金結(jié)合，見Xing Huting，F(xiàn)uYongQing，Margam Chandrasekaran，X-ray imaging of laser remelted plasmasprayed zirconia coating，Journal of Material Science Letters，1998(17)163～165，又見S.Tondu，T.Schnick，L.Pawlowski，B.Wielage，S.Steinhauser，L.Sbatier，Laserglazing of FeCr-TiC composite coatings，Surface and Coatings Technology123(2000)247-251，以及Junji Morimoto，Tetuya Onoda，Yoh Sasaki，NobuyukiAbe，Improvement of solid cold sprayed TiO2-Zn coating with direct diode laser，Vacuum 73(2004)527-532。然而，尚未看到有將激光熔覆和熔射方法集成，高效率、高質(zhì)量地實現(xiàn)三維復雜形狀的工模具表面修復或改質(zhì)等研究報道。要實現(xiàn)形狀復雜的工模具表面的復合高能束表面改質(zhì)或修復，還必須解決包括復雜形狀零件的數(shù)控處理問題，而數(shù)字化的多軸聯(lián)動數(shù)控加工方法能解決三維復雜形狀的工模具表面加工處理問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種工模具表面改質(zhì)和修復方法，目的是既發(fā)揮熔射法高效率、低成本的優(yōu)點，又保留激光熔覆法將涂覆在基體表面上的材料與基體形成冶金結(jié)合的長處，并采用多軸數(shù)控的數(shù)字化加工技術(shù)，高效率、高質(zhì)量地得到具有不同性能、復雜形狀的工模具表面處理層。
本發(fā)明的工模具表面改質(zhì)和修復方法，其步驟依序為(1)過熔射方法快速地在工模具或零件表面形成所需材料的致密涂層；(2)用激光對涂層按設(shè)定的掃描軌跡進行掃描重熔處理，使該涂層與基體冶金結(jié)合并得到高度致密的表面處理層；(3)根據(jù)表面層厚度要求，將上述步驟(1)、(2)反復進行。
所述的工模具表面改質(zhì)和修復方法，其特征為采用多軸數(shù)控設(shè)備實施數(shù)字化熔射和激光掃描重熔處理，在復雜形狀的工模具或零件表面進行表面改質(zhì)和修復。
所述的工模具表面改質(zhì)和修復方法，其進一步特征為得到符合厚度要求高度致密的表面處理層后，根據(jù)該層的表面情況對其進行少量的精加工以達到所需的表面粗糙度。
由于工模具表面的改質(zhì)和修復多采用具有耐磨、耐熱、耐腐蝕等性能的合金、金屬陶瓷復合材料甚至陶瓷材料，而熔射法適合幾乎所有材料，激光受材料限制也小，多軸數(shù)控加工可對復雜形狀表面數(shù)字化加工處理，采用同一設(shè)備還可大大減少投資，因此，此項技術(shù)適合采用各種材料尤其是難熔難加工的耐磨、耐腐蝕、耐熱、抗氧化材料、形狀復雜的工模具或零件表面的高效率、高質(zhì)量的改質(zhì)和修復。熔射和激光的表面處理采用同一種數(shù)控設(shè)備可大大降低投資和加工處理成本。
具體實施例方式
實施例1首先采用安裝在機器人終端上的等離子噴槍，根據(jù)表面改質(zhì)的要求，用鐵-鎳-鉻合金材料，在三維復雜形狀的工模具或零件表面上按照由三維CAD模型得到的數(shù)字化熔射路徑，以等離子熔射形成涂層；其次采用動態(tài)調(diào)焦振鏡裝置，將安裝在其終端上的功率為500w的YAG固體激光器發(fā)出的激光，以250mm/min的掃描速度，按照計算機制定的掃描路徑對三維復雜形狀涂層進行重熔處理，達到使工模具表面改質(zhì)的目的。
實施例2采用機器人等離子熔射的方法，根據(jù)工模具或零件表面修復的要求，先用金屬與陶瓷的復合材料，按照數(shù)字化熔射路徑，在模具表面熔射形成涂層；其次使用同一機器人，將安裝在其終端上的功率為500w的YAG固體激光器發(fā)出的激光，以200mm/min的掃描速度，按照計算機制定的掃描路徑對涂層進行重熔處理。為了達到所需的表面層處理厚度，可按上述步驟多次進行，直至達到厚度要求。最后對其進行少量的精加工以達到所需的表面粗糙度。
實施例3采用電弧熔射的方法，根據(jù)表面改質(zhì)的要求，采用耐磨合金，在需要改質(zhì)的工模具表面上按照數(shù)字化熔射路徑，采用機器人熔射形成涂層；其次使用同一機器人，將安裝在其終端上的功率為500w的YAG固體激光器發(fā)出的激光，以250mm/min的掃描速度，按照計算機制定的掃描路徑對涂層進行重熔處理，達到使工模具表面改質(zhì)的目的。最后對其進行少量的精加工以達到所需的表面粗糙度。
權(quán)利要求
1.一種工模具表面改質(zhì)和修復方法，其步驟依序為(1)通過熔射方法快速地在工模具或零件表面形成所需材料的致密涂層；(2)用激光對涂層按設(shè)定的掃描軌跡進行掃描重熔處理，使該涂層與基體冶金結(jié)合并得到高度致密的表面處理層；(3)據(jù)表面層厚度要求，將上述步驟(1)、(2)反復進行。
2.如權(quán)利要求1所述的工模具表面改質(zhì)和修復方法，其特征為采用多軸數(shù)控設(shè)備實施數(shù)字化熔射和激光掃描重熔處理，在復雜形狀的工模具或零件表面進行表面改質(zhì)和修復。
3.如權(quán)利要求1或2所述的工模具表面改質(zhì)和修復方法，其特征為得到符合厚度要求高度致密的表面處理層后，根據(jù)該層的表面情況對其進行少量的精加工以達到所需的表面粗糙度。
全文摘要
工模具表面改質(zhì)和修復方法，屬于表面加工方法，目的是既發(fā)揮熔射法高效、低成本的優(yōu)點，又保留激光熔覆法將基體表面上的涂覆材料與基體形成冶金結(jié)合的長處，并采用多軸數(shù)控加工技術(shù)，得到具有不同性能、復雜形狀的工模具表面處理層。本發(fā)明步驟依序為(1)通過熔射方法快速地在工模具或零件表面形成所需材料的致密涂層；(2)用激光對涂層按設(shè)定的掃描軌跡進行掃描重熔處理，使該涂層與基體冶金結(jié)合并得到高度致密的表面處理層；(3)根據(jù)表面層厚度要求，將上述步驟(1)、(2)反復進行。本發(fā)明適合各種難熔難加工的耐磨、耐腐蝕、耐熱、抗氧化材料、形狀復雜的工模具或零件表面的高效率、高質(zhì)量的改質(zhì)和修復。
文檔編號C23C4/18GK1651593SQ20051001829
公開日2005年8月10日 申請日期2005年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月23日
發(fā)明者張海鷗, 王桂蘭 申請人:華中科技大學