本发明专利技术涉及一种磁场辅助超高速激光熔覆铁基非晶涂层的装置和方法。包括激光器、磁场发生器、电动机床装置等，激光器位于工件上方，受电动滑块直接控制，磁场发生器具有多角度工作条件，受磁场控制系统控制基体位于电动机床上，机床的下方安装电动滑轨，红外摄像机安装于在机床上方，用于监测熔覆过程本发明专利技术通过旋转机床转盘，使超高速激光熔覆技术在筒状/盘状/柱状待熔覆工件上都能达到较高的熔覆速度，根据工件尺寸，可以达到200m/min及以上。同时在激光熔覆增材过程中，开启磁场发生器、红外摄像机，通过终端控制系统对激光熔覆过程进行即时检测，动态调控工艺参数，大大提高了熔池传热以及熔覆效率从而达到制备无缺陷非晶涂层的目的。涂层的目的。涂层的目的。
【技术实现步骤摘要】
一种磁场辅助超高速激光熔覆铁基非晶涂层的装置和方法
[0001]本专利技术涉及表面制备
，尤其是涉及一种磁场辅助超高速激光熔覆铁基非晶涂层的装置和方法。
技术介绍
[0002]铁基非晶合金具有长程无序、短程有序、无晶体缺陷等特点，这赋予了它很多特殊性能如优异的耐蚀、耐磨性、硬度等。然而由于临界尺寸较小，难以制备出大尺寸非晶合金，使得非晶合金的应用受到了许多限制。目前，研究者常采用涂层制备的方法来实现非晶合金的实际应用。
[0003]传统表面加工技术主要有热喷涂、硬铬电镀、激光熔覆等方法。电镀工业因其环保问题正面临着转型；热喷涂技术涂层制备效率高，但涂层与基体间机械结合强度低、易产生裂纹，难以达到所需要的性能；传统激光熔覆虽然能让涂层与基体间呈冶金结合，但制备效率低，较大的热输入会导致非晶形成数量少，结晶严重，难以充分发挥铁基非晶合金的优异性能。
[0004]超高速激光熔覆的加工对象多为轴类圆柱形器件。所以对工件施加的高速旋转能产生超高的表面速度，使得涂层制备速率大大提高，但是这种加工方式存在较大的离心力，使得高温熔池的气体不易析出表面，从而产生气孔等缺陷。超高速激光熔覆技术目前仍处在推广应用阶段，制备过程中的参数研究尚不完善，在厚度控制和内部缺陷调控方面的研究仍有待完成。
[0005]中国专利CN114318329A公布了一种利用磁场力与离心力双重压制的超高速激光熔覆方法，该方法通过主激光束+辅助激光束对粉末进行双重熔化(激光束未重叠部分同时还能对基体起到预加热作用)，利用磁场发生器产生的磁场与基体高速旋转产生的离心力使熔池受压，形成高密度高致密的熔池，从而减少熔覆层产生气孔的机率。同时，利用高速摄像机对熔池状态进行监测，以图像识别技术来判断粉末熔化的充分程度，从而即时调整回转工装的参数。当圆筒半径为0.5m，转速600r/min时经计算离心力为18N，当磁场提供洛伦兹力为15N时，对于Inconel 625粉末，取原子量M为55，熔体密度ρ为7300kg/m3，熔池温度T为3600℃，可计算出ΔH约为15μm，即能够相对于未压制的涂层厚度减少15μm。该专利中计算得到针对于Inconel 625粉末，当离心力与洛伦兹力之和达到80N以上时，压制率能超过50％，针对于合金粉末有良好的压制效果。
[0006]中国专利CN113584477A公布了一种超高速激光熔覆非晶合金涂层的方法，设置激光功率区间为1.0kW～2.5kW，扫描速度区间为100mm/s～250mm/s。通过合理控制熔覆参数(激光功率1.5kW，送粉速率25g/min，保护气流量6L/min)，将铁基非晶合金制备成百微米级的无缺陷表面防护涂层，避免了非晶脆性和尺寸效应的限制，充分发挥其优异的耐蚀抗磨性能，实现了对采矿液压支架活塞杆表面的防护。该专利中得到的铁基非晶涂层具有优异的耐腐蚀、耐磨损性能，铁基非晶涂层后的自腐蚀电位提高至
‑
0.437V，相比基体而言自腐蚀电位提高了41％，非晶涂层防护后表面耐磨率仅为2.99
×
10
‑5mm3N
‑1m
‑1，与基体相比降低
了73％。
技术实现思路
[0007]本专利技术提供一种磁场辅助超高速激光熔覆铁基非晶涂层的装置和方法，将磁场辅助下的超高速激光熔覆技术应用于铁基非晶合金涂层的制备中，通过实现铁基非晶合金无缺陷表面防护涂层的可控制备，用以解决非晶脆性和尺寸效应的限制、涂层中非晶相含量不高、易产生裂纹等问题。
[0008]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009]本专利技术提供一种磁场辅助超高速激光熔覆铁基非晶涂层的装置，用于通过超高速激光熔覆工艺在待加工工件表面制备一层铁基非晶涂层，
[0010]所述装置包括激光器、贮粉仓、磁场发生装置、电动旋转机床，
[0011]所述激光器与横向电动滑块和纵向电动滑块连接，受到横向电动滑块和纵向电动滑块的控制，所述激光器位于待加工工件上方，
[0012]所述贮粉仓与激光器相连，所述贮粉仓通过送粉泵以及送粉管道向激光器的激光熔覆头供粉，
[0013]所述磁场发生装置通过信号线与终端控制系统相连；
[0014]所述电动旋转机床用于放置待加工工件。
[0015]在本专利技术的一个实施方式中，所述激光熔覆头固定在激光器下方，所述激光器通过所述横向电动滑块和纵向电动滑块移动，所述横向电动滑块、纵向电动滑块、送粉泵均与终端控制系统相连，受终端控制系统控制。
[0016]在本专利技术的一个实施方式中，所述电动旋转机床包括电动导轨、机床转盘、齿状夹盘及机床控制系统，所述机床转盘设置在电动导轨上，所述齿状夹盘设置在机床转盘上，所述齿状夹盘用于放置筒状工件或盘状工件；所述电动导轨与机床控制系统连接，所述机床控制系统用于控制电动导轨，所述机床控制系统通过信号线直接与终端控制系统连接，并由终端控制系统统一控制。
[0017]在本专利技术的一个实施方式中，所述齿状夹盘的上方设置有红外摄像机，所述红外摄像机通过信号线与终端控制系统连接。
[0018]在本专利技术的一个实施方式中，所述磁场发生装置包括磁场发生器、旋转头、第一伸缩电机、磁场控制系统及第二伸缩电机，所述磁场发生器与旋转头直接相连，所述旋转头与第一伸缩电机及第二伸缩电机连接，通过第一伸缩电机及第二伸缩电机控制磁场发生器运动，所述第一伸缩电机及第二伸缩电机与磁场控制系统连接，所述第一伸缩电机与第二伸缩电机的运动受磁场控制系统控制。
[0019]在本专利技术的一个实施方式中，所述激光器还与进气装置连接。
[0020]在本专利技术的一个实施方式中，所述装置包括多套磁场发生器和激光器，同时进行筒状工件与盘状工件的熔覆。
[0021]本专利技术还提供一种磁场辅助超高速激光熔覆铁基非晶涂层的方法，基于所述磁场辅助超高速激光熔覆铁基非晶涂层的装置进行，包括以下步骤：
[0022]步骤S1、将干净的盘状工件或筒状工件固定于机床转盘上的齿状夹盘上；
[0023]步骤S2、将干燥好的非晶粉末装入贮粉仓中，并设置送粉泵的送粉速度；
[0024]步骤S3、调节磁场控制系统使磁场发生器处于机床转盘正下方；
[0025]步骤S4、设置激光器的相关参数如激光功率、机床旋转速度、光斑直径、激光头进给速度、送粉速度、载气流量、保护气流量、搭接率等熔覆参数等；
[0026]步骤S5、通过进气装置调节载气流量；
[0027]步骤S6、开启红外摄像机，开启磁场发生器电源，打开送粉泵，开始熔覆；
[0028]步骤S7、当机床转盘旋转一圈后，暂停熔覆，红外摄像机将摄像内容反馈至终端控制系统，根据熔池传热过程，判断熔覆参数是否选取合适；动态调整熔覆参数，优先级顺序为激光功率＞旋转速度＞送粉速度；重复上述步骤直至熔覆完成。
[0029]在本专利技术的一个实施方式中，在超高速激光熔覆过程中，激光器通过横向电动滑块和纵向电动滑块的移动，以改变激光熔覆头与筒状工本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种磁场辅助超高速激光熔覆铁基非晶涂层的装置，其特征在于，用于通过超高速激光熔覆工艺在待加工工件表面制备一层铁基非晶涂层，所述装置包括激光器(3)、贮粉仓(11)、磁场发生装置、电动旋转机床，所述激光器(3)与横向电动滑块(1)和纵向电动滑块(2)连接，受到横向电动滑块(1)和纵向电动滑块(2)的控制，所述激光器(3)位于待加工工件上方，所述贮粉仓(11)与激光器(3)相连，所述贮粉仓(11)通过送粉泵(10)以及送粉管道(4)向激光器(3)的激光熔覆头(5)供粉，所述磁场发生装置通过信号线(20)与终端控制系统(14)相连；所述电动旋转机床用于放置待加工工件。2.根据权利要求1所述的一种磁场辅助超高速激光熔覆铁基非晶涂层的装置，其特征在于，所述激光熔覆头(5)固定在激光器(3)下方，所述激光器(3)通过所述横向电动滑块(1)和纵向电动滑块(2)移动，所述横向电动滑块(1)、纵向电动滑块(2)、送粉泵(10)均与终端控制系统(14)相连，受终端控制系统(14)控制。3.根据权利要求1所述的一种磁场辅助超高速激光熔覆铁基非晶涂层的装置，其特征在于，所述电动旋转机床包括电动导轨(9)、机床转盘(8)、齿状夹盘(7)及机床控制系统(22)，所述机床转盘(8)设置在电动导轨(9)上，所述齿状夹盘(7)设置在机床转盘(8)上，所述齿状夹盘(7)用于放置筒状工件(6)或盘状工件(21)；所述电动导轨(9)与机床控制系统(22)连接，所述机床控制系统(22)用于控制电动导轨(9)，所述机床控制系统(22)通过信号线(20)直接与终端控制系统(14)连接，并由终端控制系统(14)统一控制。4.根据权利要求3所述的一种磁场辅助超高速激光熔覆铁基非晶涂层的装置，其特征在于，所述齿状夹盘(7)的上方设置有红外摄像机(13)，所述红外摄像机(13)通过信号线(20)与终端控制系统(14)连接。5.根据权利要求1所述的一种磁场辅助超高速激光熔覆铁基非晶涂层的装置，其特征在于，所述磁场发生装置包括磁场发生器(15)、旋转头(16)、第一伸缩电机(17)、磁场控制系统(18)及第二伸缩电机(19)，所述磁场发生器(15)与旋转头(16)直接相连，所述旋转头(16)与第一伸缩电机(17)及第二伸缩电机(19)连接，通过第一伸缩电机(17)及第二伸缩电机(19)控制磁场发生器(15)运动，所述第一伸缩电机(17)及第二伸缩电机(19)与磁...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏先顺，梁严，廖宗艺，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：
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