用于制备表面织构化颗粒增强耐磨涂层的超声辅助激光熔注成形方法技术

本发明专利技术公开了用于制备表面织构化颗粒增强耐磨涂层的超声辅助激光熔注成形方法，首先对金属基体表面进行打磨、清洗等预处理，然后在激光熔注的同时施加脉宽可调的脉冲超声，利用超声对金属熔池内溶液的排出效应、马兰戈尼效应、声空化效应，通过控制超声强度实现表面织构化颗粒增强耐磨涂层的制备；本发明专利技术是一种创新性高性能、高质量的表面织构化颗粒增强耐磨涂层制备方法，可显著提高金属材料的表面耐磨性等力学性能，降低增强颗粒含量较高时熔注层开裂的风险，抑制气孔、液化裂纹等微观缺陷的形成；本发明专利技术工艺可靠，效率较高，可实现自动化生产。化生产。

【技术实现步骤摘要】
用于制备表面织构化颗粒增强耐磨涂层的超声辅助激光熔注成形方法


[0001]本专利技术涉及激光复合制造、超声辅助制造、复合材料、材料表面改性、以及材料表面润滑减摩等
，具体涉及一种用于制备表面织构化颗粒增强耐磨涂层的超声辅助激光熔注成形方法。

技术介绍

[0002]在能源动力、石油化工、轨道交通、GFJG(国防军工)等高端装备领域中，关键零部件的摩擦磨损将导致其服役寿命大幅下降，面向掘进机械、高压辊磨机、设施农业耕作装备、大型破碎机等高端装备关键零部件的服役需求，本专利技术在金属表面制备的表面织构化颗粒增强耐磨涂层，将颗粒增强体的高硬度、高强度、高熔点和金属基体的韧性相结合，并辅以表面织构的储屑和储油作用，可以分别从材料属性(颗粒增强)和功能结构(表面织构化)两方面有效提高材料表面耐磨性能，从而延长零部件服役寿命，在我国高端装备制造中具有重要的应用价值。
[0003]中国专利：一种带织构化涂层的齿轮(CN201811250968.4)提出了先在齿轮上加工出所述第一微坑，得到织构化齿轮；然后在所述织构化齿轮表面镀涂层，得到涂层齿轮；最后、在所述织构化涂层齿轮表面加工出所述第二微坑，得到织构化涂层齿轮。该专利技术没有提及在进行织构化涂层时添加耐磨的陶瓷颗粒、且制作工艺较复杂。
[0004]中国专利：一种表面涂层织构化的钻头滑动轴承(CN201810946598.1)提出利用等离子喷涂在轴承内表面制备耐磨涂层，然后在耐磨涂层表面设有表面织构，所述表面织构为圆形，并沿耐磨涂层表面均匀分布。但是该专利技术圆形凹坑内部耐磨涂层的厚度、等离子喷涂得到的涂层与基体结合强度得不到保障。
[0005]本专利技术针对高性能基建设备的需求，提出了用于制备表面织构化颗粒增强耐磨涂层的超声辅助激光熔注成形方法。以仿生非光滑理论为指导，将超声振动引入激光熔注成形过程，利用超声振动对金属熔池内溶液的排出效应、马兰戈尼效应、声空化效应，加速元素扩散、促进颗粒分散、抑制裂纹萌生、降低开裂风险，进而实现高质量阵列凹坑激光织构化表面结构，提升构件表面的耐磨性、抗变形能力。工艺简便可靠，成型质量高，进一步促进了我国新材料和高性能基建设备的发展。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种用于制备表面织构化颗粒增强耐磨涂层的超声辅助激光熔注成形方法。在激光熔注制备颗粒增强型复合涂层的同时施加脉宽可调的脉冲超声，利用超声对金属熔池内溶液的排出效应、马兰戈尼效应、声空化效应，通过控制超声强度，在金属材料表面制备具有凹坑结构的表面织构并形成增强颗粒含量高、分布均匀的高性能耐磨涂层。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种用于制备表面织构化颗粒增强耐磨涂层的超声辅助激光熔注成形方法，所述方法包括如下步骤：
[0009](1)将熔注增强颗粒置于保温炉中进行干燥处理，保温温度250～350℃，保温时间1h；
[0010]所述熔注增强颗粒为高熔点陶瓷颗粒，颗粒直径不大于75μm；
[0011](2)对熔注基体试样表面进行除锈、打磨、平整，用丙酮擦拭表面油污后干燥，备用；
[0012]所述熔注基体试样为金属材料或合金材料；
[0013](3)将熔注基体试样固定于超声振动平台的变幅杆上端面，将熔注增强颗粒放入送粉器；
[0014]所述超声振动平台为脉冲功率超声平台，超声振动平台的超声波发生器通过电缆与超声波换能器连接，通过超声波变幅杆来放大振幅，最后通过超声波振动杆作用于振动平台上，其中变幅杆顶端半径25mm；超声参数为：超声功率200～500W，超声波频率19.5～20.5kHz，振幅50μm，工作方式连续，电源220V
±
5％/50Hz；
[0015]所述送粉器的送粉速率为1.5r/min；
[0016](4)确定合适的扫描路径，并对运动控制单元进行程序编制，选取与扫描路径相匹配的工艺参数，开启水冷装置、激光器、送粉器以及气氛保护装置，在基体试样表面熔注增强颗粒；熔注的同时开启超声振动设备，施加脉冲超声，在基体试样表面制备表面织构化颗粒增强耐磨涂层；
[0017]所述激光器为YAG连续激光器，激光参数为：激光功率1～2kW，光斑直径2～4mm；熔注过程采用的保护气为氩气。
[0018]本专利技术所述方法制备的圆形表面织构的直径为2～4mm，凹坑深度为400～600μm，熔注层增强颗粒含量不小于5％，增强颗粒熔解程度不大于20％，无气孔、裂纹、夹杂、熔合不良等明显缺陷。
[0019]本专利技术的有益效果为：
[0020]1.本专利技术所述用于制备表面织构化颗粒增强耐磨涂层的超声辅助激光熔注成形方法，在进行激光熔注制备高耐磨性涂层的同时施加脉冲的超声振动，与传统的先制备颗粒增强型耐磨涂层，再机械加工凹坑结构的方法相比，不仅提高了效率而且也避免了后续加工高硬度耐磨涂层造成的刀具磨损问题。
[0021]2.本专利技术所述用于制备表面织构化颗粒增强耐磨涂层的超声辅助激光熔注成形方法，可以在凹坑内与凹坑间形成厚度接近的颗粒增强型耐磨涂层，避免了先制备颗粒增强型涂层，再进行加工造成的凹坑内耐磨涂层较薄或者消失的问题。
[0022]3.本专利技术所述用于制备表面织构化颗粒增强耐磨涂层的超声辅助激光熔注成形方法，利用超声对金属熔池内溶液的排出效应、马兰戈尼效应、声空化效应，显著提高金属材料的表面耐磨性等力学性能，降低增强颗粒含量较高时熔注层开裂的风险，抑制气孔、液化裂纹等微观缺陷的形成，提高了涂层的成形质量与可靠性。
[0023]4.本专利技术所述用于制备表面织构化颗粒增强耐磨涂层的超声辅助激光熔注成形方法，分别从材料属性(颗粒增强)和功能结构(表面织构化)两方面有效提高材料表面耐磨性能，将颗粒增强体的高硬度、高强度、高熔点和金属基体的韧性相结合，并辅以表面织构
的储屑和储油作用，从而延长零部件服役寿命。
[0024]5.本专利技术所述用于制备表面织构化颗粒增强耐磨涂层的超声辅助激光熔注成形方法，面向掘进机械、高压辊磨机、设施农业耕作装备、大型破碎机等高端装备关键零部件的服役需求，能够促进我国新材料和高性能基建设备的发展。
附图说明
[0025]图1为激光超声耦合示意图；
[0026]图2为表面织构化颗粒增强耐磨涂层示意图；
[0027]其中，1
‑
激光熔注头，2
‑
扫描方向，3
‑
熔注颗粒，4
‑
激光束，5
‑
振动方向，6
‑
基体，7
‑
熔池，8
‑
熔注颗粒，9
‑
表面织构化凹坑结构，10
‑
熔注涂层。
具体实施方式
[0028]下面通过具体实施例进一步描述本专利技术，但本专利技术的保护范围并不仅限于此。
[0029]实施例1
[0030]用于制备表面织构化颗粒增强耐磨涂层的超声辅助激光熔注成形方法，步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于制备表面织构化颗粒增强耐磨涂层的超声辅助激光熔注成形方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将熔注增强颗粒置于保温炉中进行干燥处理；所述熔注增强颗粒为陶瓷颗粒，颗粒直径不大于75μm；(2)对熔注基体试样表面进行除锈、打磨、平整，用丙酮擦拭表面油污后干燥，备用；所述熔注基体试样为金属材料或合金材料；(3)将熔注基体试样固定于超声振动平台的变幅杆上端面，将熔注增强颗粒放入送粉器；(4)确定合适的扫描路径，并对运动控制单元进行程序编制，选取与扫描路径相匹配的工艺参数，开启水冷装置、激光器、送粉器以及气氛保护装置，在基体试样表面熔注增强颗粒；熔注的同时开启超声振动设备，施加脉冲超声，在基体试样表面制备表面织构化颗粒增强耐磨涂层。2.如权利要求1所述用于制备表面织构化颗粒增强耐磨涂层的超声辅助激光熔注成形方法，其特征在于，步骤(1)中，保温温度250～350℃，保温时间1h。3.如权利要求1所述用于制备表面织构化颗粒增强耐磨涂层的超声辅助激光熔注...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚喆赫，王发博，姚建华，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：