一种全方位成形梯度功能材料同轴送粉喷嘴制造技术

本发明专利技术提供了一种全方位成形梯度功能材料同轴送粉喷嘴，该喷嘴包括激光束通道、同轴送粉装置、保护气体装置、水冷系统、外壁。所述喷嘴整体为锥形，中心设有激光通道，激光束通道外侧设有均匀分布的同轴送粉通道和保护气通道，保护气通道位于同轴送粉通道的外侧。同轴送粉装置分内外两条通道可以同时送2种不同的粉末，气粉由送粉器送入进粉口并快速进入送粉通道中，在载气与重力的共同作用下，气粉从送粉通道喷出后汇聚于激光光束焦点处。水冷系统紧靠外壁为环状腔体，连接有进水口和出水口，具有良好的冷却效果。本发明专利技术结构简单、送粉均匀、粉末汇聚性好、利用率高，且有效避免分层成形导致成形层产生裂纹等问题，显著提高了零件的整体性能。件的整体性能。件的整体性能。

【技术实现步骤摘要】
一种全方位成形梯度功能材料同轴送粉喷嘴


[0001]本专利技术涉及激光先进制造领域，具体涉及一种全方位成形梯度功能材料同轴送粉喷嘴。

技术介绍

[0002]激光快速成形是一种新兴的表面改性技术，是由激光作为热源，在基底上包覆一层性能极为优良的合金层，其性能将依照所处理零件的具体要求而定。激光快速成形方法的优点是组织细密、性能优异、热应力小、变形小以及无污染等。涉及到光、机、电、材料、检测与控制等多学科的高新技术，是激光先进制造技术最重要的支撑技术，可以解决传统制造方法不能完成的难题。
[0003]根据工程上材料特殊的服役条件和性能的要求，迫切需要开发强韧结合、性能梯度变化的新型表层金属基复合材料。因此，利用激光快速成形的方法制备与基材呈冶金结合的梯度功能复合材料不仅是工程实践的迫切需要，也是激光表面改性技术发展的必然趋势。目前，激光快速成形技术制备原位自生颗粒增强金属基复合材料、梯度功能材料已有报道，但大部分停留在轴向方向进行梯度功能材料制备与性能分析，而全方位梯度功能材料制备却没有人进行研究。在实际生产中如果一种喷嘴能实现全方位成形梯度功能材料，在实际应用中必然会带来很多的方便。

技术实现思路

[0004]为了克服现存激光快速成形喷嘴存在的不足，本专利技术提供了一种全方位成形梯度功能材料同轴送粉喷嘴，它能够实现在一个零件全方位制备不同的梯度功能材料，不仅节省时间和成本，还大大提高了零件整体的性能。同时，此方法制备工艺简单，可实现工业化生产。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]一种全方位成形梯度功能材料同轴送粉喷嘴，包括激光束通道、同轴送粉装置、保护气体装置、水冷系统、外壁。所述喷嘴中心设有激光束通道，激光束通道外侧设有均匀分布的同轴送粉装置和保护气体装置，保护气体装置位于同轴送粉装置的外侧，所述水冷系统紧靠外壁为环状腔体，连接有进水口和出水口。
[0007]进一步，所述激光束通道为圆台形孔或者圆柱形孔。
[0008]进一步，所述进粉口的数量为二至四个并沿周向均匀间隔设置，进而保证供粉充足和粉末的连续性，避免出现粉间断不连续，影响成形质量。
[0009]进一步，所述进粉口与同轴送粉通道轴线夹角范围在35
°‑
50
°
，同轴送粉通道与喷嘴轴线夹角范围在20
°‑
40
°
，送粉喷嘴底部设计成锥形，在粉末倾斜进入通道后，保证均匀的进入送粉通道，避免大量的粉末同时进入送粉通道内导致出粉量过大，造成堵塞和浪费。同时，送粉通道采用收缩式出口，使粉末具有良好的汇聚性。
[0010]进一步，所述同轴送粉装置分为内进粉口和外进粉口可以同时送2种不同的粉末，
进而实现全方位梯度功能材料的成形。
[0011]进一步，所述的保护气通道气体出口沿圆环状气道周向均匀分布，包围在激光束通道和出粉口的周边，以最少的惰性气体最大限度地保护了成形区，阻断了成形区与氧气的接触。
[0012]进一步，所述喷嘴的外侧设有水冷系统，冷却水在环状腔体内流通，完全覆盖在喷嘴的外壁上，扩大了冷却面积，水体经由环状腔体带走大量热量，具有更好的冷却效果，降低成形时喷嘴的温度，提高喷嘴的使用寿命。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0014]1、同轴送粉装置分为内外两个通道可以同时送2种粉末，使得在激光快速成形过程中一次扫描双层成形，实现了全方位梯度功能材料。解决了传统梯度激光快速成形工艺繁琐的问题，且有效避免分层成形导致成形层产生裂纹等缺陷的问题。
[0015]2、采用外保护气，保护气通道出口中线的汇集焦点位于所述送粉通道出口中线的汇集焦点的下方，从而形成良好的保护气氛围，隔绝了粉末与外界氧气，同时防止粉末扩散，可以有效的改善粉末在高温环境下发生氧化以及粉末汇聚不均匀的现象，有效提高激光快速成形的粉末利用率。
[0016]3、同轴送粉通道与喷嘴轴线成一定角度，既可用于重力送粉又可用于气动送粉，保证送粉稳定均匀。同时通过大面积环状腔体水冷通道更加直接快速的对喷嘴进行降温冷却，保证喷嘴可以在合适的温度下长时间正常工作，为高精度、质量稳定的产品加工提供了可行的喷嘴装置。
附图说明
[0017]图1为本专利技术创造的一种全方位成形梯度功能材料同轴送粉喷嘴的主体俯视图；
[0018]图2为本专利技术创造的一种全方位成形梯度功能材料同轴送粉喷嘴的主体上部外观示意图；
[0019]图3为本专利技术创造的一种全方位成形梯度功能材料同轴送粉喷嘴的主体下部外观示意图；
[0020]图4为本专利技术创造的一种全方位成形梯度功能材料同轴送粉喷嘴的送粉装置外观示意图；
[0021]其中，1、激光束通道；2、同轴送粉装置；2
‑
1、进粉口，2
‑
2、内进粉口，2
‑
3、外进粉口，2
‑
4、同轴送粉通道，2
‑
5、出粉口，2
‑
6、内出粉口，2
‑
7、外出粉口3、保护气体装置；3
‑
1、进气口，3
‑
2、保护气通道，3
‑
3、圆环状气道，3
‑
4、出气口，4、水冷系统；4
‑
1、环状腔体，4
‑
2、进水口，4
‑
3、出水口，5、外壁；
具体实施方式
[0022]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术做进一步说明。
[0023]如图1
‑
4所示，一种全方位成形梯度功能材料同轴送粉喷嘴，包括激光束通道1、同轴送粉装置2、保护气体装置3、水冷系统4、外壁5，它们之间相互配合连接。
[0024]所述激光束通道1为圆柱形孔。激光光束穿过激光束通道1照射到喷嘴下方的基体
上。
[0025]所述进粉口2
‑
1的数量为四个并沿周向均匀间隔设置，进粉口2
‑
1与同轴送粉通道2
‑
4 轴线夹角范围在35
°‑
50
°
。同轴送粉装置2分为内进粉口2
‑
2和外进粉口2
‑
3可以同时送 2种不同的粉末，该送粉装置出粉口可以采用不同类型的出口，进而实现全方位梯度功能材料的成形。同轴送粉通道2
‑
4与喷嘴轴线夹角范围在20
°‑
40
°
。粉末由送粉器送入进粉口2
‑
1并快速进入送粉通道2
‑
4中，在载气与重力的共同作用下，粉末分别从出粉口2
‑
5 中的内出粉口2
‑
6和外出粉口2
‑
7喷出后汇聚于激光光束焦点处。与此同时，保护气体装置3、水冷系统4一直处于工作状态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全方位成形梯度功能材料同轴送粉喷嘴，其特征在于：包括激光束通道、同轴送粉装置、保护气体装置、水冷系统、外壁；所述喷嘴中心设有激光束通道，激光束通道外侧设有保护气体装置和均匀分布的同轴送粉装置，保护气体装置位于同轴送粉装置的外侧，所述水冷系统紧靠外壁为环状腔体，连接有进水口和出水口；进粉口与同轴送粉通道轴线夹角范围在35
°‑
50
°
，同轴送粉通道与喷嘴轴线夹角范围在20
°‑
40
°
，送粉喷嘴底部设计成锥形，在粉末倾斜进入通道后，保证均匀的进入同轴送粉通道；所述同轴送粉装置分为内进粉口和外进粉口同时...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈继民，张立正，曾勇，孙璎虹，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：