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专利号: 2017100017487
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。

2.一种基于激光加工技术制备涂层的装置,其特征在于该装置包括激光发生器(1)、导光及调焦系统、控制系统、储气系统、喷水系统、工件装夹系统及送丝系统;所述激光发生器(1)能够发出短脉冲激光和连续激光;所述导光及调焦系统包括全反镜(6)、聚焦透镜(33)、底座(39)、上固定板(32)、双头螺柱(41)、带台肩双头螺柱(29)、第一薄螺母(30)、第二薄螺母(37)、第二螺母(38)、第三螺母(40)、第一螺母(35)、第三垫片(31)、第四垫片(34)、开合螺母(36)、丝杠(13)、电机(27)、电机安装支架(24)、螺栓(25)、第二垫片(26)及电机底座(28),所述聚焦透镜(33)设置在所述底座(39)中,通过所述上固定板(32)与所述底座(39)的螺纹连接,将所述聚焦透镜(33)固定在所述底座(39)上,所述带台肩双头螺柱(29)的一端通过螺纹与所述底座(39)连接,通过所述第二螺母(38)和所述第三垫片(31)拧紧,所述带台肩双头螺柱(29)的另一端设有第一薄螺母(30)和第二薄螺母(37),所述第一薄螺母(30)和所述第二薄螺母(37)依靠它们之间的摩擦力相互并紧并使它们位置固定,喷枪(8)壁与所述带台肩双头螺柱(29)的台肩及所述第二薄螺母(37)之间留有间隙,使所述带台肩双头螺柱(29)能够上下自由运动,所述双头螺柱(41)的一端通过螺纹与所述底座(39)连接,通过所述第三螺母(40)和所述第四垫片(34)拧紧,所述双头螺柱(41)的另一端通过螺纹连接开合螺母(36),并通过第一螺母(35)拧紧固定,所述丝杠(13)与所述开合螺母(36)螺纹连接,所述丝杠(13)的另一端与所述电机(27)连接并受它驱动,所述电机底座(28)通过螺栓(25)和第二垫片(26)将所述电机(27)固定在直角状的电机安装支架(24)上,所述电机安装支架(24)通过螺钉(23)和第一垫片(22)固定在所述喷枪(8)壁上,所述聚焦透镜(33)的位置通过所述电机(27)和所述丝杠(13)转动驱动所述开合螺母(36)的上下移动进行调节;所述储气系统包括储气罐(5)、气阀(9)及导气管(4),所述导气管(4)的一端连接储气罐(5),所述导气管(4)的另一端通过所述气阀(9)连接所述喷枪(8),所述气阀(9)开启后,保护气由所述储气罐(5)经所述导气管(4)进入所述喷枪(8)内;所述喷水系统包括水喷头(17)、水阀(18)及连接水管,所述喷水系统设置在工作台12的上方;所述送丝系统包括左右对称的送丝电机(20)、减速器(19)、喷涂丝(15)、送丝滚轮(14)及丝盘(16),所述送丝电机(20)开启后,输出的转速经所述减速器(19)降速后,带动所述送丝滚轮(14)转动,将绕在所述丝盘(16)中的所述喷涂丝(15)向前移动,实现送丝;所述工件装夹系统包括喷枪(8)、工件(11)及工作台(12),所述喷枪(8)位于工作台(12)的正上方,所述喷枪(8)的两侧设有窄槽便于所述带台肩双头螺柱(29)及所述双头螺柱(41)通过,所述工件(11)固定在工所述作台(12)上,所述工件(11)随同所述工作台(12)一起运动;所述控制系统包括计算机(2)及控制器(3),所述控制器(3)信息由所述计算机(2)输入,所述控制器(3)用于控制所述激光发生器(1)的发出的激光脉冲束(7)的频率和能量,控制所述工作台(12)移动的方向和速度,控制所述送丝电机(20)和所述电机(27)的转速及转数,控制所述水阀(18)和所述气阀(9)的开关及开合度的大小。