一种具有预热与后热功能且高效的三光束激光熔覆无裂纹涂层的方法

摘要

本发明公开了一种具有预热与后热功能且高效的三光束激光熔覆无裂纹涂层的方法，首先，采用激光分束镜将Nd:YAG激光器发出的激光束分成两束激光，一束激光为预热激光束，用于对基材表面进行预热处理；另一束激光为后热激光束，用于对形成的涂层进行后热处理；然后，利用粉末喷嘴将合金粉末吹入CO2激光器发出的激光束经聚焦后作用在基材表面形成的熔池内，当CO2激光束运动移开后，熔融层快速凝固并结晶形成涂层；最后，采用后热激光束对形成的涂层进行后热处理。该方法的优点：（1）涂层的稀释率低且可调，与基材呈冶金结合，基材的热影响区小且无变形、开裂。（2）可以有效消除涂层内的残余内应力，改善组织，具有优异的耐磨、耐蚀、抗开裂与抗热震性能；（3）相对常规激光熔覆技术的加工效率最大可提高50倍，使加工成本大幅度降低，具有大规模工业化应用潜力。

主权项

一种具有预热与后热功能且高效的三光束激光熔覆无裂纹涂层的方法，其特征是方法步骤为：（1）基材表面前处理：主要包括对基材表面进行除锈、除油、清洗与喷砂处理，基材可以为碳钢、合金钢、铸铁；（2）采用具有定分光比的激光分束镜将功率为0.3~2 kW的Nd:YAG激光器发出的激光束分成两束激光，经聚焦后作用于基材表面，其中，第一束激光为预热激光束，主要用于对基材表面进行预热处理，预热激光束的功率为0.18~1.2 kW，预热的温度为300~950℃；第二束激光为后热激光束，主要用于对形成的涂层进行后热处理；（3）利用自动送粉器的粉末喷嘴将合金粉末吹入CO2激光器发出的激光束经聚焦后作用在基材表面形成的熔池内，熔化的合金粉末在基材表面铺展开，当CO2激光束运动移开后，熔融层快速凝固并结晶形成涂层；其中，CO2激光器的功率为2~10 kW，光斑直径为3~5 mm，扫描速度为1~30 m/min，送粉率为30~260 g/min，粉末喷嘴直径为2.8~4.5 mm，与CO2激光束的夹角为30~50°，与基材表面的垂直距离为6~10 mm，粉末粒径为40~80 μm；（4）采用后热激光束对形成的涂层进行后热处理，从而降低涂层内的残余应力，后热激光束的功率为0.12~0.8 kW，后热的温度为200~850℃；（5）当激光熔覆完一道之后，沿激光扫描速度的垂直方向移动数控机床，其移动的距离为激光光斑直径的70~30%；（6）检测涂层的厚度是否达到预期的厚度要求，如果没有，重复步骤（2）－（5），直到涂层达到所要求的厚度；否则，工作结束。