一种激光增材非晶合金的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种激光增材非晶合金的制备方法，是针对非晶合金块体制备尺寸的限制，采用非晶态带状合金，激光增材技术，制备非晶合金块体，此制备方法工艺新颖先进，数据准确翔实，激光增材技术效果好，质量高，耐磨性比碳素钢基体提高4倍，是先进的制备非晶合金块体的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种激光增材非晶合金的制备方法
本专利技术涉及一种激光增材非晶合金的制备方法，属非晶态合金制备及应用的

技术介绍
非晶合金具有高强度、高硬度、高耐磨耐腐蚀性、低的杨氏模量等特点，使非晶合金材料在工业喷涂、国防、体育器材、医疗器械和航空航天等领域得到了广泛的应用。目前，非晶合金的制备方法主要有金属模铸造法、水淬法、定向凝固法、吸铸法等，这些方法制备的非晶合金大多为薄膜、细丝、条状和粉末等形式，这些传统的非晶合金的制备方法限制了非晶合金材料的尺寸，从而限制了非晶合金材料的实际应用，所以非晶合金块体的尺寸限制就成了亟待解决的问题。激光具有快速加热、快速冷却的特点，激光增材制造过程在惰性气体保护下进行，可满足激光在熔化原材料后形成非晶相的冷却条件；激光增材制造过程通过高能密度激光束扫描、熔化材料，对原始材料逐层熔覆堆积，在三维尺度上增材制造非晶合金块体，激光增材制造技术可突破非晶合金块体制造尺寸局限，扩大非晶合金材料的实际应用范围，此项技术还在科学研究中。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的目的是针对
技术介绍
的状况，采用非晶薄带为原料，利用激光增材制造技术，制备大尺寸非晶合金块体，以解决非晶合金块体尺寸受限制的问题，扩大非晶合金材料的实际应用范围。技术方案本专利技术使用的化学物质材料为：碳素钢板、铁基非晶薄带、二氧化碳、氮气、氩气、无水乙醇，其组合准备用量如下：以毫米、毫升、厘米3为计量单位制备方法如下：(1)表面预处理碳素钢板①以碳素钢板为基板，将碳素钢板置于钢质平板上，打磨修整碳素钢板正反表面及周边，确定工作表面；②在喷砂机上，用石英砂喷砂粗化处理碳素钢板工作表面，表面粗糙度为Ra0.16-0.32μm；③用无水乙醇擦洗碳素钢工作表面及周边，使其洁净，擦洗后晾干；(2)非晶薄带表面预处理用无水乙醇清洗非晶薄带表面，使其洁净，擦洗后晾干；(3)碳素钢板表面预置非晶薄带①将碳素钢板置于激光机的工作台上，工作表面朝上，调整好激光机的X、Y、Z坐标距离，并固定；②将第一层铁基非晶薄带平展预置于碳素钢板工作表面，并在两端面固定；③调整氩气管角度，氩气管对准激光聚焦点；④调整聚焦镜激光束尖端垂直对准碳素钢板工作表面，调整激光束与碳素钢板预置的非晶薄带表面焦距为70mm；(4)碳素钢板表面激光增材非晶薄带①调整激光机的激光镜、反射镜、聚焦镜角度、聚焦镜垂直对准非晶薄带上部；②安装调整氩气瓶、氩气管位置及角度，氩气管与聚焦光束的夹角为30°；③开启二氧化碳气体瓶、氮气瓶、氩气瓶，向激光发生器内输入混合气体，气体混合比例为：二氧化碳气体：氮气：氩气＝1:8:7，混合气体输入速度为300cm3/min；④开启冷却水箱，向激光发生器内输入冷却水，并循环冷却；⑤开启激光机控制器，激光发生器发出激光，激光光束通过激光镜、反射镜、聚焦镜照射到非晶薄带上部表面，进行激光熔覆：激光波长：10.6μm；激光束输出功率：1-2KW；光斑直径：2mm；正离焦量：+20mm；扫描速度：450mm/min；瞬时固熔时间：0.1s；⑥开启第一氩气瓶，对激光熔覆进行气体保护，氩气输入速度200cm3/min；(5)激光束扫描照射固熔后，铁基非晶薄带在碳素钢板工作表面逐层堆积熔覆，形成非晶合金块体材料；①激光束扫描照射非晶薄带、碳素钢板后，非晶薄带在碳素钢板表面固化，然后在25℃下冷却；继续在熔覆层表面铺设第二层非晶薄带，继续用激光束进行照射固化，然后在25℃下冷却；逐层在熔覆层表面铺设，继续用激光束进行照射固熔，每次均在25℃冷却；非晶薄带铺设层共30层，激光束照射固熔30次，每次冷却温度均为25℃；②将冷却固化的铁基非晶合金块体置于玻璃平板上，用细砂纸打磨铁基非晶合金块体表面，表面粗糙度为Ra0.16-0.32μm；③将打磨的铁基非晶合金块体置于抛光机上进行抛光，抛光剂为金刚石研磨膏，抛光材料为尼龙布，抛光机转速500r/min,抛光时间30min；④清洗，用无水乙醇清洗铁基非晶合金块体表面，清洗后晾干；(6)检测、分析、表征对激光增材成形的铁基非晶合金块体表面进行形貌、物相分析和表征；用扫描电镜对铁基非晶合金块体表面形貌进行观察分析；用X射线衍射仪对铁基非晶合金块体表面进行物相分析；结论：激光增材制造的铁基非晶合金块体主要由非晶形态组成，附有少量晶体，耐磨性比碳素钢基体提高4倍。有益效果本专利技术与
技术介绍
相比具有明显的先进性，是针对非晶合金块体制备尺寸的限制，采用非晶态带状合金，激光增材技术，制备非晶合金块体，此制备方法工艺新颖先进，数据准确翔实，激光增材技术效果好，质量高，耐磨性比碳素钢基体提高4倍，是先进的制备非晶合金块体的方法。附图说明图1、激光增材非晶合金块体示意图图2、激光增材非晶合金块体表面形貌图图3、激光增材非晶合金块体X射线衍射强度图谱图中所示，附图标记清单如下：1、碳素钢板，2、非晶薄带，3、激光机座，4、支架，5、第二氩气管，6、第二氩气阀，7、第二氩气瓶，8、激光发生器，9、激光镜，10、反射镜，11、聚焦镜，12、激光机控制器，13、第一导线，14、二氧化碳气瓶，15、氮气瓶，16、第一氩气瓶，17、二氧化碳气体阀，18、氮气阀，19、第一氩气阀，20、二氧化碳气体管，21、氮气管，22、第一氩气管，23、冷却水箱，24、聚焦光束，25、第二导线。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步说明：图1所示，为制备激光增材非晶合金块体示意图，各部位置要正确，按量配制，按序操作。制备使用的化学物质材料的量值是按预先设置的规格、工作表面积、熔覆非晶层确定的，以毫米、毫升、厘米3为计量单位。激光增材非晶合金是在激光焊机上进行的，激光机座3上部为碳素钢板1，碳素钢板1上置放非晶薄带2；激光机座3左部设有第二氩气瓶7、第二氩气瓶7上部设有第二氩气阀6、第二氩气管5，并由支架4支撑；在激光机座3左部设有二氧化碳气体瓶14、氮气瓶15、第一氩气瓶16，二氧化碳气体瓶14上部设有二氧化碳气体阀17及二氧化碳气体管20，氮气瓶15上部设有氮气阀18及氮气管21，第一氩气瓶16上部设有第一氩气阀19及第一氩气管22；在激光机座3的左上部设有激光发生器8，激光发生器8左部连接冷却水箱23、左下部连接二氧化碳气体管20、氮气管21、第一氩气管22；激光发生器8右部设有激光镜9，激光镜9右部设有反射镜10，反射镜10下部垂直设有聚焦镜11，聚焦镜11下部通过聚焦光束24对准碳素钢板1及其上的非晶薄带2；在激光机座3的右部设有激光机控制器12，激光机控制器12通过第一导线13连接激光发生器8、通过第二导线25连接激光机座3。图2所示，为激光增材非晶合金块体表面形貌图，如图所示：熔覆层与基体达到良好的冶金结合，熔覆层致密性好，无气孔裂纹缺陷。图3所示，为激光增材非晶合金块体X射线衍射强度图谱，图中所示：激光增材制造形成的非晶合金块体由主要由非晶形态组成，附有少量晶体，在非晶相的漫散射峰上面有叠加的γ(Fe,Ni)固溶体晶体相。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光增材非晶合金的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：碳素钢板、铁基非晶薄带、二氧化碳、氮气、氩气、无水乙醇，其组合准备用量如下：以毫米、毫升、厘米

【技术特征摘要】
1.一种激光增材非晶合金的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：碳素钢板、铁基非晶薄带、二氧化碳、氮气、氩气、无水乙醇，其组合准备用量如下：以毫米、毫升、厘米3为计量单位制备方法如下：(1)表面预处理碳素钢板①以碳素钢板为基板，将碳素钢板置于钢质平板上，打磨修整碳素钢板正反表面及周边，确定工作表面；②在喷砂机上，用石英砂喷砂粗化处理碳素钢板工作表面，表面粗糙度为Ra0.16-0.32μm；③用无水乙醇擦洗碳素钢工作表面及周边，使其洁净，擦洗后晾干；(2)非晶薄带表面预处理用无水乙醇清洗非晶薄带表面，使其洁净，擦洗后晾干；(3)碳素钢板表面预置非晶薄带①将碳素钢板置于激光机的工作台上，工作表面朝上，调整好激光机的X、Y、Z坐标距离，并固定；②将第一层铁基非晶薄带平展预置于碳素钢板工作表面，并在两端面固定；③调整氩气管角度，氩气管对准激光聚焦点；④调整聚焦镜激光束尖端垂直对准碳素钢板工作表面，调整激光束与碳素钢板预置的非晶薄带表面焦距为70mm；(4)碳素钢板表面激光增材非晶薄带①调整激光机的激光镜、反射镜、聚焦镜角度、聚焦镜垂直对准非晶薄带上部；②安装调整氩气瓶、氩气管位置及角度，氩气管与聚焦光束的夹角为30°；③开启二氧化碳气体瓶、氮气瓶、氩气瓶，向激光发生器内输入混合气体，气体混合比例为：二氧化碳气体：氮气：氩气＝1:8:7，混合气体输入速度为300cm3/min；④开启冷却水箱，向激光发生器内输入冷却水，并循环冷却；⑤开启激光机控制器，激光发生器发出激光，激光光束通过激光镜、反射镜、聚焦镜照射到非晶薄带上部表面，进行激光熔覆：激光波长：10.6μm；激光束输出功率：1-2KW；光斑直径：2mm；正离焦量：+20mm；扫描速度：450mm/min；瞬时固熔时间：0.1s；⑥开启第一氩气瓶，对激光熔覆进行气体保护，氩气输入速度200cm3/min；(5)激光束扫描照射固熔后，铁基非晶薄带在碳素钢板工作表面逐层堆积熔覆，形成非晶合金块体材料；①激光束扫描照射非晶薄带、碳素钢板后，非晶薄带在碳素钢板表面固化，然后在25℃下冷却；继续在熔覆层表面铺设第二层非晶薄带，继续用激光束进行照射固化，然后在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文先，畅泽欣，葛亚琼，闫志峰，崔泽琴，段金鹏，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14