一种基于激光冲击波技术定向超高速喷涂的方法及装置

摘要

本发明公开一种基于激光冲击波技术定向超高速喷涂的方法及装置，涉及零件加工再制造技术领域。该喷涂方法首先利用电极产生的高温电弧加热熔化涂层材料的喷涂丝成熔滴脱落，熔滴被雾化气体雾化成微滴流，然后由激光脉冲束辐照于微滴流表面上，表面一部分微滴吸收激光能量，瞬间气化和电离形成高压等离子体，高压等离子体继续吸收激光能量膨胀爆炸形成GPa量级的高压冲击波，高压冲击波驱动着微粒流高速喷射到工件表面形成涂层。喷涂装置包括激光发生器、导光分光系统、电弧制液系统、工件夹具系统、回收系统以及控制系统。本发明能够实现高速高效喷涂，涂层与基体的结合强度好，涂层的致密度高、空隙率低，具有较高抗热疲劳和机械疲劳的性能。

主权项

一种基于激光冲击波技术定向超高速喷涂方法，其特征在于该方法具体步骤如下：(1)首先利用上下对称设置的电极(27)之间产生的高温电弧加热熔化作为喷涂材料的喷涂丝(26)成熔滴脱落，脱落的熔滴被雾化气体雾化成微滴流(30)，并在所述雾化气体推动下，所述微滴流(30)低速飞行离开电弧区；(2)由激光发生器(1)发出脉宽为ns量级、单脉冲的能量为2‑100J、功率密度为GW/cm²量级的主激光脉冲束(2)，所述主激光脉冲束(2)经导光分光系统被分成四束光学特征完全相同的分激光脉冲束：第一分激光脉冲束(8)、第二分激光脉冲束(9)、第三分激光脉冲束(10)以及第四分激光脉冲束(11)，所述第一分激光脉冲束(8)、第二分激光脉冲束(9)、第三分激光脉冲束(10)以及第四分激光脉冲束(11)同时辐照于所述微滴流(30)表面上，所述微滴流(30)的外侧部分吸收激光能量，瞬间气化和电离，形成高压等离子体(29)，所述高压等离子体(29)继续吸收激光能量膨胀爆炸形成GPa量级的高压冲击波，所述第一分激光脉冲束(8)、第二分激光脉冲束(9)、第三分激光脉冲束(10)以及第四分激光脉冲束(11)均与水平轴线呈一定角度，在所述微滴流(30)表面产生冲击波的压力场相互叠加，使沿着水平轴线方向的冲击波压力最大；所述高压冲击波将所述微滴流(30)再次雾化成更为细小的微粒流，使所述微粒流高速喷射到工件(32)表面，在所述工件(32)表面凝固、堆积而形成高致密度和高结合强度的涂层(31)；(3)当喷涂的涂层厚度较厚时，需在某一位置重复实施多次喷涂，直至厚度满足要求为止；多次喷涂时，由计算机(37)再次发出指令，通过控制器(38)控制所述激光发生器(1)发出主激光脉冲束(2)的脉冲个数及相邻脉冲的时间间隔，所述主激光脉冲束(2)的脉冲个数决定了喷涂的次数，相邻的主激光脉冲束(2)时间间隔由所述喷涂丝(26)形成金属熔滴的时间决定；(4)当所述工件(32)需要大面积喷涂和对形状不规则的零件喷涂时，将五轴工作台(34)上下、左右移动和转动，改变所述工件(32)的位置，在新的位置上进行喷涂，渐进完成大面积和对特殊形状的喷涂，直至所述工件(32)表面达到要求为止；(5)喷涂完毕后，先关闭电源(21)和停止通入雾化气体，待所述工件(32)冷却后，再打开喷射室(28)的活动窗口将工件取出。