The invention discloses a method and a device for preparing a coating based on laser processing technology, belonging to the technical field of component remanufacturing. The method first applies a thin layer of black organic material to the surface of the workpiece as a laser energy absorbing layer with a power density of GW/cm
【技术实现步骤摘要】
一种基于激光加工技术制备涂层的方法及装置
:本专利技术属于零件再制造
,具体涉及一种基于激光加工技术制备热喷涂涂层的方法和装置。本方法首先采用激光冲击的方法在待喷涂的工件表面形成微凹坑,再使用激光熔化喷涂丝的方法在冲击处理后的工件表面形成涂层。使用该方法提高了涂层与基体界面的结合强度,提高了涂层的质量,从而大大延长了工件的使用寿命。
技术介绍
:涂层是涂覆在工件表面的一薄层物质,起着隔热、防腐和抗磨损等作用。热喷涂涂层在使用过程中的多种失效形式,如涂层的层离、脱落、开裂等,都和涂层与基体的结合力以及残余应力状态有关。影响涂层与工件表面的结合力主要因素有:工件表面状态、结合面积、残余应力等。工件表面状态包括表面的清洁度和表面粗糙度,表面的油污、锈迹和氧化物都会降低涂层质量和结合强度。在热喷涂过程中,由于涂层和工件基材间热物理性能的差异及高温急冷急热等原因,得到的涂层中会形成残余拉应力,拉应力的存在对涂层的使用性能是非常有害的,过大的拉应力不仅会导致涂层开裂,还会使涂层从基体上剥落下来。为了增大涂层与基体的结合力,有效地提高涂层的性能和使用寿命。在喷涂前,对工件表面进行粗化处理预处理,增大其表面的不平度,从而增加涂层与基体的结合面积,使喷涂颗粒形成交叠连锁状态,以增强结合力。目前,待喷涂工件表面粗化处理主要方法有喷砂、电火花拉毛等。喷砂处理是把砂粒或磨料定向喷射到待喷涂的工件表面,通过磨料的冲刷、凿削和锤击作用,使得工件表面粗化。喷砂的操作产生较大的粉尘和噪声,对环境污染较大;喷砂的强度不易控制,沙粒大小不一致,得到的凹坑深度不一致,容易导致表面粗糙度难 ...
【技术保护点】
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/cm
【技术特征摘要】
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)表面形成微凹坑的塑性变形和残余压应力;将所述工作台(12)水平移动,在所述工件(11)待处理表面的另一位置形成微凹坑的塑性变形和残余压应力,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)、丝杠(13)、电机(27)、电机安装支架(24)及电机底座(...
【专利技术属性】
技术研发人员:张兴权,李欢,李明明,李龙,童宝宏,裴善报,时礼平,韩蒙蒙,
申请(专利权)人:安徽工业大学,
类型:发明
国别省市:安徽,34
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