一种耐蚀抗磨镍基合金涂层的超快激光喷熔制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐蚀抗磨镍基合金涂层的超快激光喷熔制备方法，属于表面工程技术领域，其对常规镍基粉末掺杂合金元素后采用球磨工艺后合金化处理，达到优化镍基合金粉末性能的目的，并且根据超快激光喷熔理论，创新性地设计加工新型同轴送粉头熔覆头，并通过调整超快激光喷熔的光路设计提高光束质量，使得激光的能量大部分用于加热熔化和加速飞行中的镍基粉末颗粒，仅有很少部分用于加热基体，既保证镍基粉末颗粒能够充分熔化，又能尽量降低基体热输入大幅度降低稀释率，从而保证涂层镍基合金的有效成分基本不受基体材料的影响，并有效控制基体变形，解决涂层制备过程中开裂的问题，保证制备的涂层能够满足各个工业领域高耐磨、抗腐蚀的需求。

An Ultrafast Laser Spraying Method for Preparing Corrosion-Resistant and Wear-Resistant Nickel-Base Alloy Coatings

【技术实现步骤摘要】
一种耐蚀抗磨镍基合金涂层的超快激光喷熔制备方法
本专利技术涉及表面工程
，尤其涉及一种耐蚀抗磨镍基合金涂层的超快激光喷熔制备方法。
技术介绍
现代高端装备的核心关键零部件大部分是运动部件，磨损、腐蚀、疲劳等原因造成了核心关键零部件的频繁损伤甚至失效，威胁设备长期可靠运行，造成大量昂贵的核心关键零部件报废，从而造成巨大的经济损失、资源浪费以及能源浪费。一方面，传统耐磨抗蚀镍基合金涂层制备方法，由于使用的镍基粉末尺寸大、硬度大、熔点高等特点，在涂层制备过程中，存在粉末颗粒熔化不良的问题，导致制备的涂层存在易开裂、致密度低等缺点而不能满足生产需要。另一方面，传统的涂层加工工艺，存在热输入量控制精确度低、加工效率低和污染严重等问题，导致基体受热过多而变形严重，从而使得制备的镍基合金涂层因开裂严重而导致耐蚀抗磨性能恶化。因此，亟待提供一种制备镍基材料涂层的新工艺来满足实际生产需求，解决镍基合金涂层在制备过程中开裂倾向大而导致耐磨抗蚀性能恶化的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种耐蚀抗磨镍基合金涂层的超快激光喷熔制备方法，旨在解决镍基合金涂层在制备过程中存在的易开裂、致密度低等缺点，大幅度降低基体稀释率提高镍基合金涂层的耐蚀抗磨效果，并减小基体变形量。本专利技术提供的具体技术方案如下：第一方面，本专利技术提供的一种耐蚀抗磨镍基合金涂层的超快激光喷熔制备方法包括:将同轴送粉熔覆头安装在距离待加工工件表面2～30mm的位置，其中，所述同轴送粉熔覆头为圆锥形空心结构，其最中心的内腔为激光束腔室，所述激光束腔室的外部为保护气体腔室，所述激光束腔室为倒立的圆锥结构，所述同轴送粉熔覆头的壳体为中空结构，所述同轴送粉熔覆头的壳体的内腔为送粉腔室；向所述保护气体腔室中通入保护气，所述保护气为氮气、氩气或氦气中的至少一种，所述保护气用于保护熔化的粉末和待加工工件基体表面形成的熔池；开启激光器以在所述激光束腔室内形成激光束，所述激光束的汇聚点距离所述待加工工件的表面1～20mm，同时向所述同轴送粉熔覆头壳体内腔中的送粉腔室中通入镍基合金粉末，所述镍基合金粉末的粒度为10～100mm且所述镍基合金粉末为球形或近球形结构，所述送粉腔室中的送粉量为5～120g/min，所述送粉腔室中的送粉气流量为2～20L/min；所述同轴送粉熔覆头沿所述待加工工件的长度方向上按照10～500mm/s的速度移动，以在所述待加工工件的表面形成耐蚀抗磨镍基合金涂层。可选的，所述送粉腔室的镍基合金粉末汇聚之后在所述激光束的作用下形成的汇聚斑点直径为0.2～6mm。可选的，所述镍基合金粉末采用机械球磨粉末改性的方式，对常规镍基合金粉末掺杂合金元素后采用球磨工艺后合金化处理得到。可选的，所述耐蚀抗磨镍基合金涂层与所述待处理工件的基体之间为冶金结合。可选的，所述耐蚀抗磨镍基合金涂层的厚度为0.1～3mm。可选的，所述同轴送粉熔覆头的内壳体的锥度小于所述同轴送粉熔覆头的外壳体的锥度。可选的，所述同轴送粉熔覆头的内壳体的锥度为1:2，所述同轴送粉熔覆头的外壳体的锥度为1:1，所述送粉腔室的锥度大于1:2且小于1:1。本专利技术的有益效果如下：本专利技术实施例提供一种耐蚀抗磨镍基合金涂层的超快激光喷熔制备方法根据粒子累加成形的理论知识，结合镍基粉末特性，本专利技术创造性的提出机械球磨粉末改性的方式，对常规镍基粉末掺杂合金元素后采用球磨工艺后合金化处理，达到优化镍基合金粉末性能的目的，并且根据超快激光喷熔理论，创新性地设计加工新型同轴送粉头熔覆头，并通过调整超快激光喷熔的光路设计提高光束质量，使得激光的能量大部分用于加热熔化和加速飞行中的镍基粉末颗粒，仅有很少部分用于加热基体，既保证镍基粉末颗粒能够充分熔化，又能尽量降低基体热输入大幅度降低稀释率，从而保证涂层镍基合金的有效成分基本不受基体材料的影响，并有效控制基体变形，解决涂层制备过程中开裂的问题，保证制备的涂层能够满足各个工业领域高耐磨、抗腐蚀的需求。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例的一种同轴送粉头熔覆头的结构示意图；图2为本专利技术实施例制备的耐蚀抗磨镍基合金涂层的电化学极化曲线示意图；图3为本专利技术实施例的制备的耐蚀抗磨镍基合金涂层和304不锈钢对应的盐雾腐蚀后的形貌对比图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面将结合图1～图3对本专利技术实施例的一种用于制备结晶器或风口的金属材料及其制备方法进行详细的说明。实施例一本专利技术实施例一提供的一种耐蚀抗磨镍基合金涂层的超快激光喷熔制备方法包括如下步骤：步骤一：将同轴送粉熔覆头安装在距离待加工工件表面2～30mm的位置，其中，参考图1所示，同轴送粉熔覆头为圆锥形空心结构，其最中心的内腔为激光束腔室1，激光束腔室1的外部为保护气体腔室2，激光束腔室1为倒立的圆锥结构，同轴送粉熔覆头的壳体为中空结构，同轴送粉熔覆头的壳体的内腔为送粉腔室3。其中，本专利技术实施例采用的激光器是光纤激光器，其光束为圆形结构，因此，其采用的同轴送粉熔覆头是截然不同于矩形激光器的。也正是基于这一点，本专利技术实施例采用的同轴送粉熔覆头为圆锥形空心结构，其最中心的圆锥形内腔为激光束腔室1，光纤激光器发出的激光在汇聚点汇聚之后形成圆形光斑，同时，其送粉腔室3为环绕激光束腔室1分布的圆锥环结构，送粉腔室3的出口同样是一个圆环结构，也即送粉腔室3是一个可以覆盖激光汇聚光斑的圆环结构，进而可以在激光汇聚光斑处形成圆状粉饼，进而可以提高激光熔覆效率。参考图1所示，保护气体腔室2环绕激光束腔室1设置，激光束腔室1内的激光束汇聚之后在送粉腔室3出口处的汇聚点汇聚，并且同轴送粉熔覆头的内壳体的锥度小于同轴送粉熔覆头的外壳体的锥度，也即保护气体腔室2的锥度小于送粉腔室3的锥度。具体的，同轴送粉熔覆头的内壳体的锥度为1:2，同轴送粉熔覆头的外壳体的锥度为1:1，送粉腔室的锥度大于1:2且小于1:1，也即送粉腔室的锥度介于同轴送粉熔覆头的内壳体的锥度与同轴送粉熔覆头的外壳体的锥度之间。步骤二：向保护气体腔室2中通入保护气，其中，保护气为氮气、氩气或氦气中的至少一种，保护气用于保护熔化的粉末和待加工工件基体表面形成的熔池，也即保护气用于防止熔化的粉末和待加工工件基体表面形成的熔池内空气氧化。步骤三：开启激光器以在激光束腔室1内形成激光束，激光束的汇聚点距离所述待加工工件的表面1～20mm，同时向同轴送粉熔覆头壳体内腔中的送粉腔室中通入镍基合金粉末，之后，镍基合金粉末在汇聚点处形成粉末流4，之后经激光束加热熔覆之后在工件的表面形成熔池5，熔池5中的镍基合金冷却之后在工件的表面形成镍基合金涂层6。其中，镍基合金粉末的粒度为10～100mm且镍基合金粉末为球形或近球形结构，送粉腔室中的送粉量为5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐蚀抗磨镍基合金涂层的超快激光喷熔制备方法，其特征在于，所述超快激光喷熔制备方法包括:将同轴送粉熔覆头安装在距离待加工工件表面2～30mm的位置，其中，所述同轴送粉熔覆头为圆锥形空心结构，其最中心的内腔为激光束腔室，所述激光束腔室的外部为保护气体腔室，所述激光束腔室为倒立的圆锥结构，所述同轴送粉熔覆头的壳体为中空结构，所述同轴送粉熔覆头的壳体的内腔为送粉腔室；向所述保护气体腔室中通入保护气，所述保护气为氮气、氩气或氦气中的至少一种，所述保护气用于保护熔化的粉末和待加工工件基体表面形成的熔池；开启激光器以在所述激光束腔室内形成激光束，所述激光束的汇聚点距离所述待加工工件的表面1～20mm，同时向所述同轴送粉熔覆头壳体内腔中的送粉腔室中通入镍基合金粉末，所述镍基合金粉末的粒度为10～100mm且所述镍基合金粉末为球形或近球形结构，所述送粉腔室中的送粉量为5～120g/min，所述送粉腔室中的送粉气流量为2～20L/min；所述同轴送粉熔覆头沿所述待加工工件的长度方向上按照10～500mm/s的速度移动，以在所述待加工工件的表面形成耐蚀抗磨镍基合金涂层。

【技术特征摘要】
1.一种耐蚀抗磨镍基合金涂层的超快激光喷熔制备方法，其特征在于，所述超快激光喷熔制备方法包括:将同轴送粉熔覆头安装在距离待加工工件表面2～30mm的位置，其中，所述同轴送粉熔覆头为圆锥形空心结构，其最中心的内腔为激光束腔室，所述激光束腔室的外部为保护气体腔室，所述激光束腔室为倒立的圆锥结构，所述同轴送粉熔覆头的壳体为中空结构，所述同轴送粉熔覆头的壳体的内腔为送粉腔室；向所述保护气体腔室中通入保护气，所述保护气为氮气、氩气或氦气中的至少一种，所述保护气用于保护熔化的粉末和待加工工件基体表面形成的熔池；开启激光器以在所述激光束腔室内形成激光束，所述激光束的汇聚点距离所述待加工工件的表面1～20mm，同时向所述同轴送粉熔覆头壳体内腔中的送粉腔室中通入镍基合金粉末，所述镍基合金粉末的粒度为10～100mm且所述镍基合金粉末为球形或近球形结构，所述送粉腔室中的送粉量为5～120g/min，所述送粉腔室中的送粉气流量为2～20L/min；所述同轴送粉熔覆头沿所述待加工工件的长度方向上按照10～500mm/s的速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：任红旗，郑学正，郭本，苟琼，
申请(专利权)人：西安宇丰喷涂技术有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61