国产精品1024永久观看,大尺度欧美暖暖视频在线观看,亚洲宅男精品一区在线观看,欧美日韩一区二区三区视频,2021中文字幕在线观看

  • <option id="fbvk0"></option>
    1. <rt id="fbvk0"><tr id="fbvk0"></tr></rt>
      <center id="fbvk0"><optgroup id="fbvk0"></optgroup></center>
      <center id="fbvk0"></center>

      <li id="fbvk0"><abbr id="fbvk0"><dl id="fbvk0"></dl></abbr></li>

      一種在基底上涂覆難熔金屬材料的系統(tǒng)及激光熔覆方法

      文檔序號(hào):3361396閱讀:233來(lái)源:國(guó)知局
      專利名稱:一種在基底上涂覆難熔金屬材料的系統(tǒng)及激光熔覆方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種利用同軸送粉激光熔覆,在鋼材料表面涂覆難熔金屬化合物涂層 的裝置及方法。
      背景技術(shù)
      激光熔覆技術(shù)是一種沉積生成熔覆層的現(xiàn)代加工技術(shù),具有柔性大、可形成非平 衡相以及涂層組織細(xì)小等優(yōu)點(diǎn),有效的擴(kuò)展了對(duì)材料的加工能力。工業(yè)發(fā)展對(duì)工作在惡劣 環(huán)境下的零件性能提出了越來(lái)越苛刻的要求。難熔金屬是一類熔點(diǎn)高于一般材料,具有高 強(qiáng)度、耐磨損、耐高溫特性的材料,因其價(jià)格昂貴,同時(shí)具有室溫塑性較差、受熱后脆性較 大、高溫下抗氧化能力不足等缺點(diǎn),難于加工制作,最初應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。近年來(lái),隨著 加工技術(shù)的進(jìn)步,難熔金屬開始廣泛的應(yīng)用于各種領(lǐng)域當(dāng)中。作為難熔金屬中熔點(diǎn)最高的 金屬,鎢及其化合物的具備更大的應(yīng)用潛力。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的是提供一種以高功率密度Nd:YAG激光器作為熱源,使用粒度細(xì)小 的難熔金屬粉末,采用同軸送粉方式在鋼表面熔覆難熔金屬化合物涂層的裝置及方法。本發(fā)明的涂覆難熔金屬材料的系統(tǒng),包括工作臺(tái)、激光器、控制裝置、保護(hù)裝置和 送粉裝置,送粉裝置中放有難熔金屬材料粉末,并向送粉裝置的送粉頭中輸入難熔金屬材 料粉末,激光器的激光頭位于送粉頭上方并且同軸設(shè)置,通過(guò)一可調(diào)激光頭與送粉頭之間 距離的連接件將送粉頭與激光頭連接,激光頭和送粉頭懸吊在工作臺(tái)上方;送粉頭用于向 工作臺(tái)上輸送難熔金屬材料粉末,并通過(guò)激光頭進(jìn)行加工處理;工作臺(tái)上用于放置待處理 材料;工作臺(tái)、送粉頭和激光頭設(shè)置在保護(hù)裝置內(nèi),通過(guò)保護(hù)裝置保持加工過(guò)程的氣氛環(huán) 境;控制裝置用于激光頭工作參數(shù)和狀態(tài)的控制。進(jìn)一步,所述送粉裝置上還設(shè)置有震動(dòng)裝置,用于提高送粉頭中難熔金屬粉末輸 送的流暢。進(jìn)一步,所述送粉裝置為雙料筒轉(zhuǎn)盤式送粉器,可通過(guò)改變轉(zhuǎn)速調(diào)整送粉速度。進(jìn)一步,所述保護(hù)裝置為保護(hù)氣氛箱,其由透明有機(jī)玻璃制成,上表面為耐熱軟材 料密封,保證所述激光頭和送粉頭在其內(nèi)能自由運(yùn)動(dòng);保護(hù)氣氛箱上還設(shè)置有用于輸入惰 性氣體,排出空氣的氣體入口和氣體出口,其上另設(shè)置有用于對(duì)保護(hù)氣氛箱內(nèi)部氣體壓力 和氣體溫度進(jìn)行測(cè)量的壓力監(jiān)測(cè)口和溫度監(jiān)測(cè)口。進(jìn)一步,所述系統(tǒng)中還包括用于監(jiān)視熔覆過(guò)程的監(jiān)視裝置。進(jìn)一步,所述控制裝置包括PC機(jī)、圖像采集卡、輸入輸出卡和現(xiàn)場(chǎng)總線卡,用于對(duì) 整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的工作參數(shù)和狀態(tài)的控制。本發(fā)明的在基底上涂覆難熔金屬材料的激光熔覆方法,具體為采用上述的系統(tǒng), 1)對(duì)熔覆材料進(jìn)行預(yù)處理;幻在工作臺(tái)上放置基底材料,將送粉頭和激光頭同軸置于保護(hù) 裝置中,調(diào)整送粉頭、激光頭的離焦量,并向保護(hù)裝置中通入惰性氣體;3)采用同軸送粉方法,同時(shí)對(duì)送粉器施加額外震動(dòng),使用Nd:YAG固體激光器輸出連續(xù)激光,熔化難熔金屬粉 末和基底表面,使其共同形成熔池,多道搭接,逐層堆積形成熔覆層。
      進(jìn)一步,所述送粉頭和激光頭一起做往復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)一步,所述基底材料為鋼材料,所述熔覆材料為難熔金屬粉末。進(jìn)一步,所述惰性氣體為氬氣。本發(fā)明的激光熔覆方法中,激光束照射鋼材基底表面,令激光能量足夠使基底表 面熔化形成熔池,同時(shí)采用同軸送粉方式,將難熔金屬粉末以環(huán)形聚焦的形式送入激光束。 粉末顆粒在下落過(guò)程中與激光束相互作用,吸收激光能量熔化,部分未完全熔化的粉末顆 粒在進(jìn)入基底熔池后吸收熔池?zé)崃咳刍?,熔化的粉末與熔化的基底表面共同形成熔池。隨 著激光束移動(dòng),熔池快速冷卻凝固,經(jīng)過(guò)多道搭接,逐層堆積形成所需厚度的熔覆層。本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)本方法使用短波長(zhǎng)高功率密度Nd:YAG固體激光器。由于熔覆材料在下落過(guò)程中 與激光作用時(shí)間較短,使用該激光器能夠增加材料對(duì)激光能量的吸收率,同時(shí)采用大離焦 量,一方面便于熔化高熔點(diǎn)的難熔金屬粉末,另一方面,可以控制基底熔化程度,防止過(guò)度 熔化。此外,大直徑光斑有利于得到尺寸寬大的熔覆層,提高熔覆效率。本方法采用同軸送粉方法,可以使熔覆材料與基材充分反應(yīng),并達(dá)到良好的結(jié)合 效果。采用同軸送粉方法,由于無(wú)需在基底表面預(yù)先鋪置熔覆材料的涂層,因此在熔覆開始 后激光束可以直接照射到基材上,有利于基底表面熔化形成熔池。熔覆過(guò)程中粉末由送粉 頭送出,在下落過(guò)程中即進(jìn)入激光束吸收激光能量,在到達(dá)基底表面前,部分顆粒已經(jīng)熔化 成為液滴,與未完全熔化的顆粒一起進(jìn)入基底熔池,其后通過(guò)吸收基底熔池的熱量以及繼 續(xù)受到激光束加熱,粉末顆粒全部熔化與基材共同形成熔池。熔覆材料與基底材料在熔池 中充分混合發(fā)生反應(yīng),生成金屬化合物,凝固冷卻后不容易出現(xiàn)裂紋氣孔等缺陷。同軸送粉 可調(diào)整粉末匯聚點(diǎn)與激光焦點(diǎn)的相對(duì)位置,并且空間分布均勻,有效的提高了粉末的利用 率。


      圖1為同軸送粉激光熔覆裝置;圖2為同軸送粉頭結(jié)構(gòu)示意圖;圖3為激光熔覆軌跡;圖4為激光熔覆表面形貌;圖5為熔覆層與基底截面顯微硬度。
      具體實(shí)施例方式本發(fā)明中使用德國(guó)TRUMPH Ikff YAG連續(xù)激光器,波長(zhǎng)1. 03 μ m,由于固體激光器 波長(zhǎng)短,能夠增加材料對(duì)激光能量的吸收率。將基底和激光頭、同軸送粉頭放入保護(hù)氣氛 箱內(nèi),調(diào)整離焦量為較大離焦量的正離焦,一方面便于熔化高熔點(diǎn)的難熔金屬粉末,另一方 面,可以控制基底熔化程度,防止過(guò)度熔化。將難熔金屬粉末根據(jù)需要進(jìn)行預(yù)處理,如篩分、 清潔、烘干除水分等。放入送粉器,隨后調(diào)整粉末焦距,使粉末聚焦于基底表面。設(shè)定熔覆 軌跡,封閉保護(hù)箱,開始充入氬氣,防止難熔金屬加工過(guò)程中的氧化。
      熔覆中采用同軸送粉方式,激光束可以直接照射到鋼材基底表面上,使基底表面 熔化形成熔池。難熔金屬粉末以環(huán)形聚焦的形式由送粉頭送出,粉末顆粒在下落過(guò)程中即 進(jìn)入激光束吸收激光能量,在到達(dá)基底表面前,部分顆粒已經(jīng)熔化成為液滴,與未完全熔化 的顆粒一起進(jìn)入基底熔池,其后通過(guò)吸收基底熔池的熱量以及繼續(xù)受到激光束加熱,粉末 顆粒全部熔化與基材共同形成熔池。熔覆材料與基底材料在熔池中充分混合發(fā)生反應(yīng),生 成金屬化合物。由于反應(yīng)充分,熔池冷卻凝固時(shí)不易出現(xiàn)裂紋氣孔等缺陷,結(jié)合效果良好。 為了克服一些大比重,顆粒形狀不規(guī)則的難熔金屬粉末,本方法在送粉器上施加額外震動(dòng), 提高粉末輸送的流暢性。難熔金屬粉末顆粒在下落過(guò)程中與激光束相互作用,吸收激光能 量熔化,部分未完全熔化的粉末顆粒在到達(dá)基底表面后進(jìn)入基底熔池,吸收熔池?zé)崃咳刍?熔化的粉末與熔化的基底表面共同形成熔池。隨著激光束移動(dòng),熔池快速冷卻,多道搭接, 逐層堆積形成所需厚度的熔覆層。根據(jù)難熔金屬高溫下易氧化的特性,本方法特別設(shè)計(jì)制作了惰性氣體保護(hù)氣氛 箱,用于防止難熔金屬加工過(guò)程中的氧化。本方法利用難熔金屬與鋼進(jìn)行反應(yīng),生成難熔金屬化合物,不同化合物的性質(zhì)不 同,可以通過(guò)控制生成物的種類和含量來(lái)控制熔覆層的性能。加工過(guò)程中通過(guò)控制熔覆工藝參數(shù),控制難熔金屬與鋼生成化合物的種類和含 量。不同成分的性質(zhì)不同,因此可以得到不同性質(zhì)的熔覆層。如圖1-3所示,本發(fā)明的系統(tǒng)及工作步驟具體如下1.將工作平臺(tái)1置于保護(hù)裝置5內(nèi),將準(zhǔn)備好的基底置于工作平臺(tái)上。其中保護(hù) 裝置為保護(hù)氣氛箱,保護(hù)氣氛箱由透明有機(jī)玻璃制成,便于觀察加工過(guò)程,上表面為耐熱軟 材料密封,可讓激光同軸送粉頭在其內(nèi)自由運(yùn)動(dòng);其上有氣體入口和氣體出口,用于輸入惰 性氣體,排出空氣,其上另有壓力監(jiān)測(cè)口和溫度監(jiān)測(cè)口,可以對(duì)其內(nèi)部氣體壓力和氣體溫度 進(jìn)行測(cè)量。將熔覆材料粉末放入送粉裝置6中,其中送粉裝置為送粉器,送粉器為雙料筒轉(zhuǎn) 盤式送粉器,可通過(guò)改變轉(zhuǎn)速調(diào)整送粉速度。熔覆粉末由載氣輸送,經(jīng)過(guò)一個(gè)分粉裝置將粉 末分為4路進(jìn)入送粉頭,使粉末在送粉頭內(nèi)的環(huán)形粉腔內(nèi)分布均勻,最后從送粉頭環(huán)形的 出口噴出。2.將同軸送粉頭2和激光頭3伸入保護(hù)裝置中,其中同軸送粉頭與激光頭相連,激 光束從同軸送粉頭中心沿軸線穿過(guò),其中送粉頭中心有保護(hù)氣通道23,用來(lái)保護(hù)激光頭鏡 片被飛散的粉末污染。送粉頭粉末出口為與激光束同軸的環(huán)形出口 22。送粉頭可通過(guò)調(diào)整 與激光頭距離來(lái)調(diào)整粉末聚焦點(diǎn)與激光束垂直方向位置。送粉頭內(nèi)部設(shè)有冷卻水路21 (兩 路水路),從外部輸入冷卻水。調(diào)整離焦量,設(shè)定加工軌跡,密封保護(hù)裝置。3.向保護(hù)箱內(nèi)通入惰性氣體,排出空氣,并使保護(hù)箱內(nèi)壓力保持正壓。4.將預(yù)熱參數(shù)輸入控制裝置7,控制激光器按照預(yù)熱軌跡開始對(duì)基底表面進(jìn)行預(yù) 熱,重復(fù)軌跡循環(huán)。其中控制裝置由至少一臺(tái)PC機(jī),一圖像采集卡,一輸入輸出(IO)卡和 一現(xiàn)場(chǎng)總線卡組成,上述PC機(jī)和各個(gè)功能卡采用已知技術(shù)進(jìn)行連接,用于對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程 的工作參數(shù)和狀態(tài)的控制。5.待基底預(yù)熱充分后,將加工參數(shù)輸入計(jì)算機(jī),控制激光器開始進(jìn)行熔覆,同時(shí)開 啟送粉器以及震動(dòng)裝置,開始輸送熔覆材料粉末。沿熔覆軌跡加工一個(gè)循環(huán)后激光頭提升 一定高度進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的熔覆。加工過(guò)程中可通過(guò)監(jiān)視裝置4,對(duì)熔覆過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視。
      5
      6.熔覆過(guò)程結(jié)束后,計(jì)算機(jī)通過(guò)發(fā)送結(jié)束指令,激光器停止出光并停止運(yùn)動(dòng),同時(shí) 關(guān)閉送粉器停止送粉。7.待試樣冷卻后關(guān)閉保護(hù)氣體,打開保護(hù)箱,取出試樣。通過(guò)對(duì)A3鋼表面激光熔覆難熔金屬粉末,可以得到難熔金屬化合物涂層,提高原 有金屬表面性能,并且可以通過(guò)控制工藝參數(shù),達(dá)到不同的性能指標(biāo)。本實(shí)施例采用長(zhǎng)200mm,寬50mm,厚20mm的A3鋼板作為基底,使用難熔金屬鎢的 純金屬粉末,平均顆粒度2 μ m。為防止粉末顆粒因吸附水分而影響輸送,實(shí)驗(yàn)前對(duì)粉末進(jìn)行 篩分后,使難熔金屬粉末分散開后在烘干箱內(nèi)烘干6小時(shí),然后放入送粉器中待用。具體加工過(guò)程如下將基底放入保護(hù)氣氛箱內(nèi),將同軸送粉頭伸入保護(hù)箱內(nèi),調(diào)整離焦量,使得基底表 面正離焦20mm,隨后調(diào)整粉末焦距(送粉頭下方12mm),使粉末聚焦于基底表面,設(shè)定熔覆 軌跡,如圖2所示,每條熔覆道之間搭接率為50%,封閉保護(hù)箱,并充入氬氣。采用激光功率900W,掃描速度2mm/s,沿熔覆軌跡對(duì)基底表面進(jìn)行預(yù)熱,設(shè)定預(yù)熱 循環(huán)8次,可通過(guò)CXD觀察預(yù)熱程度。到達(dá)預(yù)熱循環(huán)次數(shù)后,開啟送粉器,調(diào)整送粉量至lg/min,控制程序進(jìn)入熔覆循 環(huán),熔覆功率1000W,掃描速度2mm/s,熔覆循環(huán)12次,每個(gè)循環(huán)后同軸送分頭向上提升固定 高度0. 1mm。熔覆循環(huán)結(jié)束后停止出光,關(guān)閉送粉器,繼續(xù)向保護(hù)箱內(nèi)通氬氣至冷卻較低溫度 (試件溫度低于300°C )。以A3鋼為基底,純鎢粉末為熔覆材料,利用同軸送粉激光熔覆的涂層表面形貌如 圖4所示。對(duì)內(nèi)部組織及成分進(jìn)行分析,結(jié)果表明,內(nèi)部含有!^e7W6和i^W,通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)參 數(shù)可以得到不同的顯微組織及成分。改變離焦量和掃描速度,使離焦量為15mm,速度為lmm/s,得到的熔覆層成分中 Fe7W6和!^e2W的比例和形貌改變,對(duì)應(yīng)的硬度也不同。對(duì)熔覆層橫截面進(jìn)行顯微硬度測(cè)試,測(cè)試結(jié)果如圖5所示。通過(guò)對(duì)A3鋼表面激光 熔覆難熔金屬W粉末,生成了由化合物!^e7W6和!^e2W以及!^e組成的熔覆層,有效提高了金 屬表面硬度,并且通過(guò)改變工藝參數(shù),可根據(jù)需求得到不同硬度(500-750HV)的涂層。需要指出的是根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
      作出的任何變形,均不脫離本發(fā)明的精 神以及權(quán)利要求記載的范圍。
      權(quán)利要求
      1.一種涂覆難熔金屬材料的系統(tǒng),其特征在于,包括工作臺(tái)、激光器、控制裝置、保護(hù)裝 置和送粉裝置,送粉裝置中放有難熔金屬材料粉末,并向送粉裝置的送粉頭中輸入難熔金 屬材料粉末,激光器的激光頭位于送粉頭上方并且同軸設(shè)置,通過(guò)一可調(diào)激光頭與送粉頭 之間距離的連接件將送粉頭與激光頭連接,激光頭和送粉頭懸吊在工作臺(tái)上方;送粉頭用 于向工作臺(tái)上輸送難熔金屬材料粉末,并通過(guò)激光頭進(jìn)行加工處理;工作臺(tái)上用于放置待 處理材料;工作臺(tái)、送粉頭和激光頭設(shè)置在保護(hù)裝置內(nèi),通過(guò)保護(hù)裝置保持加工過(guò)程的氣氛 環(huán)境;控制裝置用于激光頭工作參數(shù)和狀態(tài)的控制。
      2.如權(quán)利要求1所述的涂覆難熔金屬材料的系統(tǒng),其特征在于,所述送粉裝置上還設(shè) 置有震動(dòng)裝置,用于提高送粉裝置中難熔金屬粉末輸送的流暢。
      3.如權(quán)利要求1所述的涂覆難熔金屬材料的系統(tǒng),其特征在于,所述送粉裝置為雙料 筒轉(zhuǎn)盤式送粉器,可通過(guò)改變轉(zhuǎn)速調(diào)整送粉速度。
      4.如權(quán)利要求1所述的涂覆難熔金屬材料的系統(tǒng),其特征在于,所述保護(hù)裝置為保護(hù) 氣氛箱,其由透明有機(jī)玻璃制成,上表面為耐熱軟材料密封,保證所述激光頭和送粉頭在其 內(nèi)能自由運(yùn)動(dòng);保護(hù)氣氛箱上還設(shè)置有用于輸入惰性氣體,排出空氣的氣體入口和氣體出 口,其上另設(shè)置有用于對(duì)保護(hù)氣氛箱內(nèi)部氣體壓力和氣體溫度進(jìn)行測(cè)量的壓力監(jiān)測(cè)口和溫 度監(jiān)測(cè)口。
      5.如權(quán)利要求1所述的涂覆難熔金屬材料的系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)中還包括用 于監(jiān)視熔覆過(guò)程的監(jiān)視裝置。
      6.如權(quán)利要求1所述的涂覆難熔金屬材料的系統(tǒng),其特征在于,所述控制裝置包括PC 機(jī)、圖像采集卡、輸入輸出卡和現(xiàn)場(chǎng)總線卡,用于對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的工作參數(shù)和狀態(tài)的控 制。
      7.一種采用如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的涂覆難熔金屬材料的系統(tǒng)進(jìn)行激光熔覆的 方法,具體為1)對(duì)熔覆材料進(jìn)行預(yù)處理;幻在工作臺(tái)上放置基底材料,將送粉頭和激光頭 同軸置于保護(hù)裝置中,調(diào)整送粉頭、激光頭的離焦量,并向保護(hù)裝置中通入惰性氣體;3)采 用同軸送粉方法,同時(shí)對(duì)送粉裝置施加額外震動(dòng),使用Nd:YAG固體激光器輸出連續(xù)激光, 熔化難熔金屬粉末和基底表面,使其共同形成熔池,多道搭接,逐層堆積形成熔覆層。
      8.如權(quán)利要求7所述的激光熔覆的方法,其特征在于,步驟1)中的預(yù)處理步驟包括篩 分、清潔、烘干除水分。
      9.如權(quán)利要求7所述的激光熔覆的方法,其特征在于,所述基底材料為鋼材料,所述熔 覆材料為難熔金屬粉末。
      10.如權(quán)利要求7所述的激光熔覆的方法,其特征在于,所述惰性氣體為氬氣。
      全文摘要
      本發(fā)明公開了一種在基底上涂覆難熔金屬材料的系統(tǒng)及激光熔覆方法,該系統(tǒng)包括工作臺(tái)、送粉頭、激光頭、控制裝置、保護(hù)裝置和送粉裝置。本發(fā)明的激光熔覆方法使用短波長(zhǎng)高功率密度Nd:YAG固體激光器。由于熔覆材料在下落過(guò)程中與激光作用時(shí)間較短,使用該激光器能夠增加材料對(duì)激光能量的吸收率,同時(shí)采用大離焦量,一方面便于熔化高熔點(diǎn)的難熔金屬粉末,另一方面,可以控制基底熔化程度,防止過(guò)度熔化。此外,大直徑光斑有利于得到尺寸寬大的熔覆層,提高熔覆效率。本發(fā)明的方法采用同軸送粉方法,可以使熔覆材料與基材充分反應(yīng),并達(dá)到良好的結(jié)合效果。
      文檔編號(hào)C23C24/10GK102140637SQ201010104569
      公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2010年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月1日
      發(fā)明者何秀麗, 寧偉健, 武楊, 虞鋼, 鄭彩云 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所
      網(wǎng)友詢問(wèn)留言 已有0條留言
      • 還沒(méi)有人留言評(píng)論。精彩留言會(huì)獲得點(diǎn)贊!
      1