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专利号: 2015100930931
申请人: 安徽工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 对金属材料的镀覆;用金属材料对材料的镀覆;表面化学处理;金属材料的扩散处理;真空蒸发法、溅射法、离子注入法或化学气相沉积法的一般镀覆;金属材料腐蚀或积垢的一般抑制〔2〕
更新日期:2024-01-05
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于激光冲击波技术耐磨涂层制备方法,其特征在于该方法具体步骤如下:

(1)将待喷涂的工件(22)的表面清洗、去油、喷砂和预热处理后,首先利用等离子喷枪(18)将硬度较高的粉末喷涂到已处理的工件(22)表面上,得到厚度满足要求的热态的硬质材料涂层(21)后,关闭所述等离子喷枪(18);

(2)利用两个对称设置的电极(15)之间产生的高温电弧加热融化由软质材料制成的金属喷涂丝(14)至熔滴脱落,脱落的熔滴被雾化气体雾化成微粒流(19),所述微粒流(19)在所述雾化气体推动下低速飞行离开电弧区,所述雾化气体由进气管(8)进入电弧区;

2

(3)通过激光发生器(1)发出脉宽为ns量级、功率密度为GW/cm 量级的主激光脉冲束(3),所述主激光脉冲束(3)通过光学模板(5)后被分成多束的分激光脉冲束,所述分激光脉冲束辐照在已雾化的所述微粒流(19)上,所述微粒流(19)部分被烧蚀、气化,产生高温高压等离子体(17),所述高温高压等离子体(17)继续吸收激光能量发生膨胀爆炸形成GPa量级的高压冲击波,所述高压冲击波驱动软质材料微粒高速飞行,使所述软质材料微粒嵌入到所述热态的硬质材料涂层(21)中,完成第一次软质材料的嵌入;

(4)控制器(27)控制电动机(10)带动减速器(11)以及滚轮(12)转动,将所述金属喷涂丝(14)送进两个对称设置的电极(15)之间,所述电极(15)之间产生的高温电弧融化所述金属喷涂丝(14)成熔滴,并被雾化气雾化成微粒流(19),所述控制器(27)控制所述激光发生器(1)继续产生所述主激光脉冲束(3),与微粒相互作用产生高压冲击波,驱动软质材料的微粒再次嵌入到所述热态的硬质材料涂层(21)中,完成第二次嵌入,连续多次嵌入后得到软质材料涂层(20);

(5)当所述热态的硬质材料涂层(21)需要在较大范围内嵌入软质材料微粒时,所述控制器(27)控制工作台(24)带动所述工件(22)移动,改变所述工件(22)的位置,重复所述步骤(4),直至所述硬质材料涂层(21)表面达到要求为止。

2.一种实现权利要求1所述方法的装置,其特征在于该装置包括激光发生器(1)、导光分光系统、电弧制液系统、工件夹具系统、控制系统;所述导光分光系统包括导光管(2)、冲击头(4)、光学模板(5)、凸透镜(6)、凹透镜(7)、侧板(16),所述导光管(2)的一端连所述激光发生器(1),所述导光管(2)的另一端连接冲击头(4),所述冲击头(4)内设有光学模板(5)和凸透镜(6),所述光学模板(5)放置在所述凸透镜(6)前面,所述光学模板(5)由不透光的材料制成,所述光学模板(5)上均匀分布着透光孔,所述透光孔的孔径能够小至几个微米,所述凹透镜(7)安装在所述侧板(16)的通孔中;所述电弧制液系统包括进气管(8)、电源(9)、电动机(10)、减速器(11)、滚轮(12)、丝盘(13)、喷涂丝(14)、电极(15)以及侧板(16),所述喷涂丝(14)材料的硬度要低于硬质材料的硬度100HB以上,直径为0.8-2mm,所述喷涂丝(14)卷绕在上下对称设置的所述丝盘(13)上,利用所述控制器(27)分别控制位于上下两侧的电动机(10)带动减速器(11)和滚轮(12)转动,将所述喷涂丝(14)连续均匀地送进所述电极(15)内,所述电极(15)通过导线与电源(9)连接,所述电极(15)固定在所述侧板(16)的上下两侧,所述电极(15)的角度保持在30°-60°之间,所述电极(15)的电弧工作电压为15-

25V,电弧工作电流为100-300A,所述进气管(8)分别固定在所述侧板(16)的上下两侧并对着喷涂区,所述雾化气体为压缩气体,气体压力为0.05-0.1MPa;所述工件夹具系统包括等离子喷枪(18)、工件(22)、夹具(23)、五轴工作台(24)、回收槽(25),所述等离子喷枪(18)放置在所述工件(22)的左侧斜上方,所述等离子喷枪(18)出口处轴线与水平线的夹角为70°-

80°,所述等离子喷枪(18)的枪口对着所述工件(22),所述工件(22)固定在所述夹具(23)上,所述夹具(23)固定在所述五轴工作台(24)上,所述五轴工作台(24)能够上下、左右移动和转动,所述回收槽(25)放置在所述五轴工作台(24)的下方;所述控制系统包括计算机(26)和控制器(27),控制信息由所述计算机(26)输出传递给所述控制器(27),所述控制器(27)通过数据线分别连接所述激光发生器(1)、等离子喷枪(18)、电动机(10)以及五轴工作台(24)。