本發(fā)明屬于激光熔覆高性能涂層技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種以預(yù)置片法進行激光多層熔覆制備復(fù)合涂層的方法。

背景技術(shù)：

激光熔覆是一種新型的覆層技術(shù)，涉及到光、機、電、材料、檢測與控制等多門學(xué)科，是激光先進制造技術(shù)最重要的核心技術(shù)之一。由于該技術(shù)制備的熔覆層可以顯著改善基體表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗高溫氧化和抗疲勞等綜合性能，從而達到表面改性或修復(fù)的目的，既滿足了對材料表面特定性能的要求，又節(jié)約了大量的貴重元素。與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結(jié)合好、適合熔覆材料多等優(yōu)點。很多國家的研究人員針對激光熔覆涉及到的關(guān)鍵技術(shù)進行了系統(tǒng)的研究，并已取得了重大的進展。

目前激光熔覆的主要應(yīng)用是提高材料的耐磨性和耐腐蝕性，即在材料表面熔覆一層具有特殊性能的合金層，以改變母材表面性能。但以往對激光熔覆的研究，大多注重單道熔覆層的性能和工藝，很少有多層激光熔覆研究的報道.隨著激光熔覆技術(shù)在工業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用，單道熔覆層已經(jīng)不能滿足工業(yè)化生產(chǎn)的要求，迫切需要多層大厚度熔覆層。

激光多層熔覆是指在原熔覆層上預(yù)涂覆合金粉末，或直接送粉，再重復(fù)一次或多次熔覆的工藝過程。由于激光單道熔覆層對于確定的激光工藝參數(shù)，只能達到一定的極限厚度，所以，通過需多次熔覆來增加熔覆層的厚度、快速零件制造或制備梯度功能新材料，到目前為止，多層激光熔覆的技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用還未制備實質(zhì)進展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有激光熔覆方法在熔覆過程中不能連續(xù)制備多層的熔覆層，試驗效率低，不能控制預(yù)置粉末厚度以及不能解決上一層熔覆缺陷“遺傳”到下一層等缺陷，本發(fā)明提供了一種可以推廣的制備多層熔覆層的方法。所述的預(yù)置片法進行激光多層熔覆的方法可控制預(yù)置層厚度、對粉末種類和粉末粒度適應(yīng)性強、試驗生產(chǎn)中可形成多層的熔覆層，效率高，可以解決熔覆缺陷“遺傳”到下一層的問題。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種以預(yù)置片法進行激光多層熔覆制備復(fù)合涂層的方法，包括如下步驟：

a、對待基材表面進行預(yù)處理，清洗掉工件表面的銹蝕、油垢及灰塵，并干燥；

b、粉末處理：將待制成預(yù)置片的粉末置于真空干燥箱中，在80℃下烘干24h，平鋪在鋪有平整t300斜紋碳纖維布的夾具凹槽平板內(nèi)，均勻噴灑粘結(jié)劑溶液形成均勻水層；

c、將步驟b中預(yù)處理的預(yù)置片連同凹槽平板平穩(wěn)放置在真空干燥箱中，在75-90℃下真空加熱硬化4h，去除凹槽平板，即得到所需的預(yù)置片，并放置在真空干燥環(huán)境下保存；

d、激光熔覆：將步驟c中制備的預(yù)置片放置于基材設(shè)定位置，并用膠帶固定，在保護氣氛下熔融，使其與基材結(jié)合，待其熔覆結(jié)束后，用氮氣噴槍清理熔覆層表面，再將下一塊預(yù)置片放置在原先設(shè)定位置，重復(fù)上述步驟，制備所需的功能材料。

進一步的，在步驟d中激光熔覆層的表面不平整時，對基材通過補粉裝置進行補粉處理，將基材放置在補粉裝置上，補粉裝置包括補粉臺和蝸桿結(jié)構(gòu)，補粉臺外部設(shè)有外圈，通過蝸桿結(jié)構(gòu)調(diào)整補粉臺與外圈的垂直距離使放置在補粉臺中熔覆層最高處與外圈平齊，將粉末填充至基材的凹陷處，使粉末與外圈平齊，再用平整的t300斜紋碳纖維布覆蓋在基材的表面后，進行激光熔覆。

所述步驟a中的預(yù)處理是傳統(tǒng)的打磨處理或者特種加工處理。

所述步驟b中待制成預(yù)置片的粉末是由兩種或兩種以上單質(zhì)元素或者化合物粉末組成的混合粉末，兩種及兩種以上的粉末，通過行星式球磨機中使其充分混合后。

所述步驟b中兩種及兩種以上的粉末在行星式球磨機混合時間8h-10h，球料比3:1-5:1。

所述步驟b中的夾具采用45號鋼或者玻璃板制成。

所述步驟c中使用的粘結(jié)劑是有機粘結(jié)劑。

所述步驟d中的膠帶為普通透明膠帶。

所述步驟d中的保護氣氛為氮氣、氬氣中的一種或兩種。

所述步驟d中，每一層預(yù)置片熔覆后都用直尺測量熔覆層的厚度，調(diào)節(jié)激光頭與熔覆層的垂直高度，保持每次熔覆激光頭與熔覆層垂直距離不變。

本發(fā)明所帶來的有益效果是：

(1)本發(fā)明中的粉末可以是金屬粉末，也可以是陶瓷粉末，也可以是多種混合粉末，粉末粒度要求不高，在很大程度上提高了該技術(shù)的可適用性；

(2)本發(fā)明得到的預(yù)置片厚度、長度和寬度可設(shè)計，并且可以切割成一些簡單平面形狀，對進行多層熔覆技術(shù)的研究奠定了工藝基礎(chǔ)；

(3)本發(fā)明可以設(shè)計不同層粉末的配比，對于梯度功能材料的研究具有可操作性；

(4)本發(fā)明工藝簡單、成本低且效率高。因此，本發(fā)明所述的方法不僅適用于梯度功能材料的實驗室研究，還在工業(yè)應(yīng)用中具有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。

圖1是本發(fā)明制作預(yù)制片的夾具的三視圖。

圖2是本發(fā)明的補粉裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圖2中a-a的剖視圖。

圖4是石墨/銅復(fù)合材料基體sem圖。

圖5是圖4中spectrum1處的成分分析圖。

圖6是石墨/銅復(fù)合材料中富銅顆粒sem圖。

圖7是圖6中spectrum1處的成分分析圖。

圖中部件名稱對應(yīng)的標(biāo)號如下：

1、基材；2、預(yù)置片；3、凹槽平板；4、補粉臺；5、外圈；6、t300斜紋碳纖維布；7、熔覆層；8、粉末；9、激光頭。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的詳述：

實施例一：

實施例中制作預(yù)置片的夾具示意圖如圖1所示。

實施例中補粉示意圖如圖2、圖3所示。

一種以預(yù)置片法進行激光多層熔覆制備復(fù)合涂層的方法，包括如下步驟：

a、對待基材1表面進行預(yù)處理，清洗掉工件表面的銹蝕、油垢及灰塵，并干燥；首先，利用砂紙打磨基材1表面，以除去基材1表面的氧化或銹斑；然后，用酒精清洗基材1表面，以除去表面的灰塵。經(jīng)過以上兩部預(yù)處理后，即可獲得清潔、干凈的基材1表面。

b、粉末處理：將待制成預(yù)置片的粉末置于真空干燥箱中，在80℃下烘干24h，平鋪在鋪有平整t300斜紋碳纖維布的夾具凹槽平板3內(nèi)，均勻噴灑粘結(jié)劑溶液形成均勻水層；

c、將步驟b中預(yù)處理的預(yù)置片2連同凹槽平板3平穩(wěn)放置在真空干燥箱中，在75-90℃下真空加熱硬化4h，去除凹槽平板3，即得到所需的預(yù)置片2，并放置在真空干燥環(huán)境下保存；

d、激光熔覆：將步驟c中制備的預(yù)置片2放置于基材1設(shè)定位置，并用膠帶固定，在保護氣氛下熔融，使其與基材1結(jié)合，待其熔覆結(jié)束后，用氮氣噴槍清理熔覆層7表面，再將下一塊預(yù)置片2放置在原先設(shè)定位置，重復(fù)上述步驟，制備所需的功能材料。

本實施例中，在步驟d中激光熔覆層7的表面不平整時，對基材1通過補粉裝置進行補粉處理，將基材1放置在補粉裝置上，補粉裝置包括補粉臺4和蝸桿結(jié)構(gòu)(圖中未示出)，補粉臺4外部設(shè)有外圈5，通過蝸桿結(jié)構(gòu)調(diào)整補粉臺4與外圈5的垂直距離使放置在補粉臺中熔覆層7最高處與外圈5平齊，將粉末8填充至基材1的凹陷處，使粉末8與外圈5平齊，再用平整的t300斜紋碳纖維布6覆蓋在基材1的表面后，進行激光熔覆。

本實施例中，所述步驟a中的預(yù)處理是傳統(tǒng)的打磨處理或者特種加工處理。

本實施例中，所述步驟b中待制成預(yù)置片的粉末是由兩種混合粉末，通過行星式球磨機中使其充分混合后。

本實施例中，所述步驟b中兩種的粉末在行星式球磨機混合時間8h-10h，球料比3:1-5:1。

本實施例中，所述步驟b中的夾具采用45號鋼或者玻璃板制成。

本實施例中，所述步驟c中使用的粘結(jié)劑是有機粘結(jié)劑。

本實施例中，所述步驟d中的膠帶為普通透明膠帶。

本實施例中，所述步驟d中的保護氣氛為氮氣、氬氣中的一種或兩種。

本實施例中，所述步驟d中，每一層預(yù)置片熔覆后都用直尺測量熔覆層的厚度，調(diào)節(jié)激光頭9與熔覆層7的垂直高度，保持每次熔覆激光頭9與熔覆層7垂直距離不變。熔覆層7厚度通過最小刻度為1mm的直尺測量，通過掃描電鏡觀察復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)，通過xrd和eds定性和定量分析材料的組成情況。

本實施例中，所用熔覆粉末純度大于99％。

本實施例中，所述步驟b中待制成預(yù)置片的粉末為體積分?jǐn)?shù)90％、200目的錫青銅粉和體積分?jǐn)?shù)10％、200目的球形石墨粉共100g，制備1mm厚的預(yù)置片；然后，將熔覆基材1表面進行預(yù)處理，獲得干凈且清潔的表面；最后，將預(yù)置片2放置在基材1上進行激光熔覆，每次熔覆保持熔覆層7與激光頭9垂直距離不變，如遇某層熔覆層7不平整，對其進行補粉使其平整后再進行下一層熔覆。激光頭選用半導(dǎo)體激光頭，每一層進行8道熔覆，熔覆10層，激光功率1000w，光斑直徑2.2mm，搭接率50％，掃描速率500mm/min。所獲得涂層表面平整，涂層厚度8.0mm,石墨在復(fù)合材料內(nèi)部能夠均勻分散，氣孔數(shù)低。

processingoption:allelementsanalyzed(normalised)

numberofiterations＝3

standard:

ccaco31-jun-199912:00am

fefe1-jun-199912:00am

cucu1-jun-199912:00am

processingoption:allelementsanalyzed(normalised)

numberofiterations＝1

standard:

ccaco31-jun-199912:00am

實施例二：

一種以預(yù)置片法進行激光多層熔覆制備復(fù)合涂層的方法，包括如下步驟：

將體積分?jǐn)?shù)85％、400目的錫青銅粉和體積分?jǐn)?shù)15％、200目的球形石墨粉共100g均勻混合，制備2mm厚的預(yù)置片；然后，將熔覆基材1表面進行預(yù)處理，獲得干凈且清潔的表面；最后，將預(yù)置片2放置在基材1上進行激光熔覆，每次熔覆保持熔覆層7與激光頭9垂直距離不變，如遇某層熔覆層不平整，對其進行補粉使其平整后再進行下一層熔覆。激光頭選用半導(dǎo)體激光頭，每一層進行8道熔覆，熔覆12層，激光功率1100w，光斑直徑2.2mm，搭接率50％，掃描速率500mm/min。所獲得涂層表面平整，涂層厚度18mm,石墨在復(fù)合材料內(nèi)部能夠均勻分散，氣孔數(shù)低。

實施例三：

一種以預(yù)置片法進行激光多層熔覆制備復(fù)合涂層的方法，包括如下步驟：

將5g碳纖維，200目20g碳化硅粉末，200目80g鎳粉制備1mm厚的預(yù)置片；然后，將熔覆基材1表面進行預(yù)處理，獲得干凈且清潔的表面；最后，將預(yù)置片2放置在基材1上進行激光熔覆，每次熔覆保持熔覆層7與激光頭9垂直距離不變，如遇某層熔覆層7不平整，對其進行補粉使其平整后再進行下一層熔覆。激光頭選用半導(dǎo)體激光頭，每一層進行8道熔覆，熔覆10層，激光功率1000w，光斑直徑2.2mm，搭接率50％，掃描速率500mm/min。所獲得涂層表面平整，涂層厚度8.5mm,碳纖維和碳化硅在復(fù)合材料內(nèi)部能夠均勻分散，氣孔數(shù)低。