局部气氛保护金属或合金激光熔覆成形的方法技术

本发明专利技术涉及一种局部气氛保护金属或合金激光熔覆成形的方法，该方法如下：金属或合金粉束由惰性载体气体输送随聚焦激光束在加工表面移动；在所述金属或合金粉束的外围形成至少一束惰性保护气体；所述惰性保护气体包括第一惰性保护气体，所述第一惰性保护气体围绕在所述聚焦激光束的外围。通过在聚焦激光束的外围形成惰性保护气体以解决零件成形时遇到的尺寸受限、成本高昂、熔覆成形系统难以移动等问题，与现有技术相比，对现场零件的成形和修复提供了一个方便、快捷、经济的方法。

【技术实现步骤摘要】
局部气氛保护金属或合金激光熔覆及成形方法
本专利技术涉及一种局部气氛保护金属或合金激光熔覆及成形方法。
技术介绍
激光熔覆成形是以“离散－堆积”原理为基础的微冶金堆积成形过程，因其具有冷却速度快、变形小、熔覆层性能优异等特点而得到广泛应用。钛合金具有密度小、比强度、比高度高、耐腐蚀性好等特点，被广泛应用于航空航天化工医疗以及体育器械等领域。但是钛合金的表面熔覆及成形具有特殊的要求。因为金属钛与空气中的氢、氧、氮和碳的化合力很强，这样就造成了钛及钛合金在熔炼和加工中的复杂性。其熔炼和烧结等工艺过程都要求在高度的真空或纯化的惰性气氛(如氩、氦等)中进行。如中国专利申请第CN104439707A号、中国专利申请第CN104384706A号、马来西亚专利申请第MY150484A号中所述，目前国内外在进行钛合金激光熔覆及成形中均要在专门的惰性气氛室，其中充满纯化的惰性气氛环境中进行。此外，镁、铝等金属及其合金等在激光熔覆与成形过程中也极易与空气中的成分反应，需要惰性气氛环境保护。惰性保护气氛室能够保护金属及合金熔池凝固降温过程不被氧化，是目前金属及合金激光成形及焊接广泛使用的一种加工保护方式。但这种成形方式存在一些局限性：(1)建立气氛室及维持气氛室氛围浓度成本较高：(2)成形件尺寸要受到气氛室尺寸所限，无法成形熔覆大型或超大型构件；(3)因气氛室难以移动，这就限制了整个激光成形系统无法到零件损坏现场进行实地修复。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种局部气氛保护金属或合金激光熔覆及成形方法，该方法方便、快捷、经济。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种局部气氛保护金属或合金激光熔覆及成形方法，如下：金属或合金粉束由惰性载体气体输送随聚焦激光束在加工表面移动；在所述金属或合金粉束的外围形成至少一层惰性保护气体。进一步的：所述金属或合金粉束以及惰性载体气体与聚焦激光束同轴线，且喷射方向一致。进一步的：于所述金属或合金粉束的中心线沿径向上，每层所述惰性保护气体的厚度依次增加。进一步的：其特征在于，所述惰性保护气体包括第一惰性保护气体，所述第一惰性保护气体围绕在所述聚焦激光束的外围。进一步的：所述第一惰性保护气体呈锥形或倒锥形或柱形。进一步的：所述第一惰性保护气体的厚度为1mm以上。进一步的：所述方法用于熔覆工艺中，所述第一惰性保护气体的流量与熔覆工艺参数匹配模型如下：惰性保护气体的厚度：1～30mm；激光功率：300～1500w；扫描速度：3～20mm/s；送粉速度:8～32g/min；惰性保护气体流量:2～10L·min-1；惰性保护气体压强：0.02～0.08MP。进一步的：所述惰性保护气体还包括第二惰性保护气体，所述第二惰性保护气体，形成在所述聚焦激光束与金属或合金粉束之间。进一步的：所述第二惰性保护气体呈圆柱形或者椭圆柱形或者收敛锥形或者发散锥形。进一步的：所述惰性保护气体包括氦、氩、氖、氪、氙中的一种或以上的混合气体。本专利技术的有益效果在于：通过在聚焦激光束的外围形成惰性保护气体以解决零件成形时遇到的尺寸受限、成本高昂、熔覆成形系统难以移动等问题，与现有技术相比，对现场零件的成形和修复提供了一个方便、快捷、经济的方法。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1是本专利技术一实施例所示的局部气氛保护金属或合金激光熔覆及成形方法的流程图；图2为用于图1所示的方法的光内同轴喷头送粉的示意图；图3是使用图1所示的方法后的实验照片；图4a是图3所成形件直壁墙中部组织的SEM照片；图4b是图3所成形件的第一部分熔覆层与基体结合处的SEM照片；图4c是图3所成形件的第二部分熔覆层与基体结合处的SEM照片。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。本专利技术的一种局部气氛保护金属或合金激光熔覆及成形方法用于熔覆工艺中，主要用于保护钛、镁铝及其合金等易于空气反应的材料，该方法实质是采用局部气氛室钛或钛合金激光成形。局部气氛保护金属或合金激光熔覆及成形方法如下：金属或合金粉束由惰性载体气体输送随聚焦激光束在加工表面移动；在所述金属或合金粉束的外围形成至少一束惰性保护气体。通过在金属或合金粉束的外围设置惰性保护气体以使该惰性保护气体与惰性载体气体通过形成局部惰性气氛环境，从而隔绝空气中的氧和氮与加工过程的金属或合金发生反应。所述金属或合金粉束以及惰性载体气体与聚焦激光束同轴线，且喷射方向一致，由于，惰性保护气体与所述金属或合金粉束以及惰性载体气体同轴线并且喷射方向一致，两层及以上层的惰性气体之间不易发生干涉，一方面不会将合金粉束吹散，另一方面形成局部的惰性气体层流气帘，有利于阻隔外部空气进入，提高局部惰性气氛浓度。当该惰性保护气体为至少两层时，于所述金属或合金粉束的中心线沿径向上，每层所述惰性保护气体的厚度依次增加。请结合图1及结合图2，在本实施例中，以钛合金为例，该局部气氛保护金属或合金激光熔覆及成形方法如下：S1：钛合金粉束随惰性载体气体(由于图1中标号1表示载有钛合金粉束的惰性载体气体的混合材料)在聚焦激光束2中移动；S2：所述聚焦激光束2的外围形成围绕所述聚焦激光束2的惰性保护气体。所述钛合金粉束与聚焦激光束2的布局方式为：聚焦激光束2中空，钛合金粉束居中。在所述熔覆工艺中，单根粉管位于中空环形的聚焦激光束2内，由惰性载体气体1运载钛合金粉末，将钛合金粉末送出。该聚焦激光束2形成方式如下：激光光束经分光、扩束、聚焦以形成所述聚焦激光束2。所述聚焦激光束2为锥形光束。在本实施例中，所述惰性保护气体包括第一惰性保护气体3和第二惰性保护气体4，所述金属或合金粉束以及第一惰性载体气体3、第二惰性保护气体4与聚焦激光束2同轴线，且喷射方向一致。所述第一惰性保护气体3围绕在所述聚焦激光束2的外围，所述第二惰性保护气体4形成在所述聚焦激光束2与金属或合金粉束之间。所述惰性保护气体包括氦(He)、氩(Ar)、氖(Ne)、氪(Kr)、氙(Xe)中的一种或以上的混合气体。在本实施例中，所述第一惰性保护气体3呈锥形，其紧密包围在钛合金粉束的外侧，所述第一惰性保护气体3具有一定的厚度，具体的：第一惰性保护气体3的厚度一般为1mm以上。为了保证形成钛合金冶金熔道，及当局部第一惰性保护气体3移走后，熔池温度已降至钛合金氧化温度以下，以保证熔池凝固过程不会氧化，需将第一惰性保护气体3的流量、激光扫描速度、钛合金送粉量、激光功率等工艺参数进行匹配，该第一惰性保护气体3的流量与熔覆工艺参数匹配模型如下：第一惰性保护气体3的气帘尺寸(厚度)：1～30mm；激光功率：300～1500w；扫描速度：3～20mm/s；送粉速度:8～32g/min；第一惰性保护气体3的流量:2～10L·min-1；第一惰性保护气体3的压强：0.02～0.08MP。在其他实施方式中，该第一惰性保护气体3还可以呈倒锥形或柱形。在本实施例中采用第一惰性保护气体3采用锥形的目的在于贴合聚焦激光束2，以进一步防止钛合金在熔覆成形的过程中氧化。本实施例中，设置第二惰性保护气体4一方面对送本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种局部气氛保护金属或合金激光熔覆及成形方法，其特征在于，所述方法如下：金属或合金粉束由惰性载体气体输送随聚焦激光束在加工表面移动；在所述金属或合金粉束的外围形成至少一层惰性保护气体。

【技术特征摘要】
1.一种局部气氛保护金属或合金激光熔覆及成形方法，其特征在于，所述方法如下：金属或合金粉束由惰性载体气体输送随聚焦激光束在加工表面移动；在所述金属或合金粉束的外围形成至少一层惰性保护气体。2.如权利要求1所述的局部气氛保护金属或合金激光熔覆及成形方法，其特征在于，所述金属或合金粉束以及惰性载体气体与聚焦激光束同轴线，且喷射方向一致。3.如权利要求1所述的局部气氛保护金属或合金激光熔覆及成形方法，其特征在于，于所述金属或合金粉束的中心线沿径向上，每层所述惰性保护气体的厚度依次增加。4.如权利要求1至3项中任意一项所述的局部气氛保护金属或合金激光熔覆及成形方法，其特征在于，所述惰性保护气体包括第一惰性保护气体，所述第一惰性保护气体围绕在所述聚焦激光束的外围。5.如权利要求4所述的局部气氛保护金属或合金激光熔覆及成形方法，其特征在于，所述第一惰性保护气体呈锥形或倒锥形或柱形。6.如权利要求4所述的局部气氛保护金属或合金激光熔覆及成形方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：石拓，傅戈雁，石世宏，吴继琸，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32