一种实现异质材料激光涂覆的方法及结构技术

本发明专利技术公开了一种实现异质材料激光涂覆的方法及结构，所述方法包括以下步骤：通过脉冲激光器在需涂覆的基材表面扫描加工出若干个间隔设置的凹槽，所述凹槽的横截面为上小下大的结构，且所述凹槽的槽口宽度为用于涂覆在基材表面的粉末颗粒直径的1‑1.5倍；而后将粉末颗粒均匀填充分布于凹槽内和基材表面；然后通过选择性激光熔化的方式对基材上的粉末颗粒进行熔融加工，使粉末颗粒形成一体并涂覆于基材表面的覆材，且凹槽内的粉末颗粒熔融后与凹槽形成卡合结构。本发明专利技术通过在基材和覆材之间形成卡合结构，从而利用卡合结构的特性来实现异质材料间的激光涂覆，解决目前连续激光无法实现陶瓷与金属材料或不锈钢与铜等异质材料的结合并进而熔覆的问题。

A method and structure for laser coating of heterogeneous materials

【技术实现步骤摘要】
一种实现异质材料激光涂覆的方法及结构
本专利技术属于激光涂覆
，具体涉及一种实现不可焊和不可相互结合的异质材料间激光涂覆的方法及结构。
技术介绍
与堆焊、电镀、气相沉积等技术相比，激光涂覆技术具有稀释度小、组织致密、热效应小、环保性好等优势；激光涂覆技术可显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能。但是，传统激光涂覆技术选用连续红外激光，很难或者不能在基材表面实现不可焊和不可相互结合的异质材料(如金属与陶瓷之间，不锈钢与铜之间)之间的涂覆。
技术实现思路
本专利技术目的在于为克服现有的技术缺陷，提供一种实现异质材料激光涂覆的方法及结构，通过在基材和覆材之间形成卡合结构，从而利用卡合结构的特性来实现异质材料间的激光涂覆，解决目前连续激光无法实现陶瓷与金属材料或不锈钢与铜等异质材料间的结合并进而熔覆的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种实现异质材料激光涂覆的方法，包括下步骤：S1、通过脉冲激光器在需涂覆的基材表面扫描加工出若干个间隔设置的凹槽，所述凹槽的横截面为上小下大的结构，且所述凹槽的槽口宽度为用于涂覆在基材表面的粉末颗粒直径的1-1.5倍；S2、而后将粉末颗粒均匀填充分布于凹槽内和基材表面；S3、然后通过选择性激光熔化的方式对基材上的粉末颗粒进行熔融加工，使粉末颗粒形成一体并涂覆于基材表面的覆材，且凹槽内的粉末颗粒熔融后与凹槽形成卡合结构。进一步的，步骤S1之前还包括以下步骤：S0、准备基材和涂覆于基材表面的覆材，并将覆材制成粉末颗粒。进一步的，步骤S1中，相邻凹槽的间隔为凹槽槽口宽度的2-5倍。进一步的，步骤S1中，在加工出凹槽时，先将凹槽的深度加工至粉末颗粒直径的两倍或两倍以上，然后通过调整脉冲激光器上的扫描振镜来加宽和加深凹槽的槽底，使凹槽的横截面为上小下大的结构。进一步的，步骤S1中，加工凹槽时的激光焦点光斑的直径≤凹槽槽口的宽度。进一步的，步骤S1中，激光加工时将激光的峰值功率控制在≥2000W，扫描振镜的扫描速度控制在50mm/s-100mm/s。进一步的，所述凹槽的槽底宽度≥粉末颗粒直径的两倍，所述凹槽的深度≥粉末颗粒直径的两倍。进一步的，所述凹槽的横截面为上小下大的梯形或弧形。还提供了一种实现异质材料激光涂覆的结构，包括基材及涂覆于基材表面的覆材，所述基材的表面设有若干个间隔设置的凹槽，且所述凹槽的横截面为上小下大的结构，所述覆材的下表面设有若干个与所述凹槽一一对应并卡合的卡合部。进一步的，所述凹槽的横截面为上小下大的梯形或弧形。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过在基材表面加工出上小下大的凹槽，而后利用熔融加工使粉末状的覆材成为一体，且填充于凹槽内的粉末颗粒熔融后与凹槽形成卡合结构，从而利用卡合结构的特性来实现异质材料间的激光涂覆和有效结合，解决目前连续激光无法实现陶瓷与金属材料或不锈钢与铜等异质材料间的结合并进而熔覆在一起的问题。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的不当限定，在附图中：图1为实施例中在基材上加工出凹槽后的示意图；图2为实施例中在基材上加工出另一种凹槽结构后的示意图；图3为实施例中将粉末颗粒填充分布于凹槽内和基材表面的示意图；图4为实施例中粉末颗粒熔融后与基材的结合示意图。具体实施方式为了更充分的理解本专利技术的
技术实现思路
，下面将结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步介绍和说明。一种利用脉冲激光的激波效应来实现异质材料激光涂覆的方法，包括下步骤：a、准备基材和涂覆于基材表面的覆材，并将覆材制成粉末颗粒或者直接选择现有中用于制作覆材的粉末颗粒；b、然后通过脉冲激光器在需涂覆的基材1表面扫描加工出若干个间隔设置的凹槽11，凹槽11的横截面为上小下大的结构(如图1或图2所示)，且凹槽的槽口宽度为粉末颗粒直径的1-1.5倍，以保证粉末颗粒可填充入凹槽中，相邻凹槽的间隔为凹槽槽口宽度的2-5倍，确保相邻凹槽间互不影响以及保证后期基材和覆材之间的结合力；具体的，根据粉末颗粒的直径，先确定需加工的凹槽槽口的宽度和相邻凹槽间的间距，待凹槽槽口宽度确定后，通过脉冲激光器中的扩束镜、场镜等光学元件，设计激光光路，保证激光焦点光斑直径≤待加工的凹槽槽口的宽度；且在加工凹槽时，将基材放置在激光焦点位置后，先将凹槽的深度加工至粉末颗粒直径的两倍或两倍以上，然后通过调整脉冲激光器上的扫描振镜来改变激光的加工位置和方向，进而加宽和加深凹槽的槽底，使凹槽的横截面为上小下大的结构；上述激光加工过程中，利用脉冲激光脉宽短，峰值功率高的特性进行凹槽加工，通过调试平均功率、脉宽等激光工艺参数，保证激光的峰值功率控制在≥2000W，扫描振镜的扫描速度控制在50mm/s-100mm/s之间。c、基材表面的凹槽结构加工完成后，将基材移动至实际打印位置，通过送粉系统将待涂覆的粉末颗粒2均匀的填充分布在凹槽11内和基材1表面(如图3所示)；d、然后通过选择性激光熔化的方式对基材1上的粉末颗粒进行熔融加工，使粉末颗粒形成一体并涂覆于基材表面的覆材3，且凹槽内的粉末颗粒熔融后与凹槽形成卡合结构，即覆材3上形成有若干个与凹槽一一对应卡合的卡合部31(如图4所示)。具体的，凹槽11的槽底宽度≥粉末颗粒直径的两倍，凹槽11的深度≥粉末颗粒直径的两倍，确保卡合结构的可靠性和结合力。具体的，凹槽11的横截面为上小下大的梯形(如图1)或弧形(如图2)。本实施例中还提供了一种实现异质材料激光涂覆的结构，包括基材1及涂覆于基材表面的覆材3，基材1的表面设有若干个间隔设置的凹槽11，且凹槽11的横截面为上小下大的结构，覆材3的下表面设有若干个与凹槽11一一对应并卡合的卡合部31(如图4所示)。具体的，凹槽11的横截面为上小下大的梯形(如图1)或弧形(如图2)。具体实施例1在激光焊接和传统激光涂覆过程中，纯铜与不锈钢是不可焊和不可相互结合涂覆在一起的，通过上述方法，利用脉冲激光实现纯铜(基材)与不锈钢(覆材)之间的涂覆；具体为：先将不锈钢通过利用现有的粉末制作方法(例如机械球磨或气雾化等方法)制成相应的金属粉末或直接选择现有中用于制作不锈钢的金属粉末，而后根据上述方法在纯铜的表面加工出凹槽，后将金属粉末均匀的填充分布在纯铜的凹槽内和表面上，再通过选择性激光熔化的方式对纯铜上的金属粉末进行熔融加工，使金属粉末形成为一体并涂覆于纯铜表面的不锈钢，使纯铜与不锈钢之间形成卡合结构，利用卡合结构的特性来实现纯铜与不锈钢间的激光涂覆和有效结合。具体实施例2在激光焊接和传统激光涂覆过程中，陶瓷与不锈钢是不可焊和不可相互结合涂覆在一起的，通过上述方法，利用脉冲激光实现陶瓷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现异质材料激光涂覆的方法，其特征在于，包括下步骤：/nS1、通过脉冲激光器在需涂覆的基材表面扫描加工出若干个间隔设置的凹槽，所述凹槽的横截面为上小下大的结构，且所述凹槽的槽口宽度为用于涂覆在基材表面的粉末颗粒直径的1-1.5倍；/nS2、而后将粉末颗粒均匀填充分布于凹槽内和基材表面；/nS3、然后通过选择性激光熔化的方式对基材上的粉末颗粒进行熔融加工，使粉末颗粒形成一体并涂覆于基材表面的覆材，且凹槽内的粉末颗粒熔融后与凹槽形成卡合结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种实现异质材料激光涂覆的方法，其特征在于，包括下步骤：
S1、通过脉冲激光器在需涂覆的基材表面扫描加工出若干个间隔设置的凹槽，所述凹槽的横截面为上小下大的结构，且所述凹槽的槽口宽度为用于涂覆在基材表面的粉末颗粒直径的1-1.5倍；
S2、而后将粉末颗粒均匀填充分布于凹槽内和基材表面；
S3、然后通过选择性激光熔化的方式对基材上的粉末颗粒进行熔融加工，使粉末颗粒形成一体并涂覆于基材表面的覆材，且凹槽内的粉末颗粒熔融后与凹槽形成卡合结构。


2.如权利要求1所述的实现异质材料激光涂覆的方法，其特征在于，步骤S1之前还包括以下步骤：
S0、准备基材和涂覆于基材表面的覆材，并将覆材制成粉末颗粒。


3.如权利要求1或2所述的实现异质材料激光涂覆的方法，其特征在于，步骤S1中，相邻凹槽的间隔为凹槽槽口宽度的2-5倍。


4.如权利要求1所述的实现异质材料激光涂覆的方法，其特征在于，步骤S1中，在加工出凹槽时，先将凹槽的深度加工至粉末颗粒直径的两倍或两倍以上，然后通过调整脉冲激光器上的扫描振镜来加宽和加深凹槽的槽底，使凹槽的横截面为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨波，张杰，
申请(专利权)人：江苏微纳激光应用技术研究院有限公司，常州英诺激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32