一种激光选区熔注难熔金属以增强电枢抗烧蚀性能的方法技术

本发明专利技术属于材料表面处理技术领域，公开了一种激光选区熔注难熔金属以增强电枢抗烧蚀性能的方法，包括以下步骤：将待增强电枢表面磨平并清洗干净；根据电磁发射工况和电枢烧蚀特性，将电枢表面的激光选区熔注结构设计为不同形状；设置激光参数，将难熔金属粉末基于所述激光选区熔注结构的形状送入待增强电枢表面，并利用激光对待增强的电枢表面进行激光熔注以形成熔注层，多次熔注后得到在电枢表面由强化区域熔注层和非强化区域交错分布的增强电枢复合结构。本发明专利技术能解决现有电磁轨道炮中电枢剧烈烧蚀导致的转捩烧蚀问题。电枢剧烈烧蚀导致的转捩烧蚀问题。电枢剧烈烧蚀导致的转捩烧蚀问题。

【技术实现步骤摘要】
一种激光选区熔注难熔金属以增强电枢抗烧蚀性能的方法


[0001]本专利技术属于材料表面处理
，更具体地，涉及一种激光选区熔注难熔金属以增强电枢抗烧蚀性能的方法。

技术介绍

[0002]电磁轨道炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器，与传统火炮相比，其弹丸的速度更快，射程更远，具有更强大的威力。在电磁轨道炮超高速发射过程中，铝合金电枢与导轨在极短时间内承受极高功率、极大电流和极高速度的耦合作用，发生严重的载流磨损、表面熔化和烧蚀。一方面在导轨表面形成大厚度积铝，影响后续发射过程；另一方面，电枢强度显著下降，严重时甚至导致尾翼断裂，使得电枢/导轨接触状态恶化，导轨使用寿命降低，在很大程度上制约了电磁能发射技术的发展。
[0003]为了改善电枢/导轨接触状态，有研究者在电枢表面制备低熔点润滑涂层，减小了电枢/导轨间的摩擦力，电磁发射效率得到明显提升(陈建伟，吕庆敖，张倩，邢彦昌.电磁轨道炮滑动电接触导电涂层应用研究[J].飞航导弹，2018,8:79
‑
85.)。
[0004]然而，随着电磁能装置出口动能的提升，低熔点的润滑涂层会呈“雪崩式”熔化和烧蚀，恶化电枢/导轨接触效果甚至导致转捩烧蚀。
[0005]现有技术中，专利文献CN110029344B公开一种激光熔注强化7075铝合金表面的方法，该方法通过采用特殊制备方法制备的铝铬混合粉末结合激光熔注技术，对7075铝合金表面进行加强，但这种方法的缺点在于所熔注的金属粉末熔点较低，会导致剧烈熔化和烧蚀，难以用于电磁轨道领域。此外，采用全面积激光熔注制备的涂层导电导热性能下降，也会影响电磁发射效果。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷，为了改善电枢/导轨接触特性，提高导轨的服役寿命，一方面需要提高电枢材料的熔点、熔化热焓和高温强度，避免电枢的剧烈烧蚀；另一方面使铝合金电枢适当熔化，在电枢/导轨界面形成一定厚度的液态铝膜，即实现电枢材料在电磁发射过程中的“可控熔化”，以保证电枢与导轨的良好接触特性，因此，本专利技术的目的在于提供一种激光选区熔注难熔金属以增强电枢抗烧蚀性能的方法，以解决现有电磁轨道炮中电枢剧烈烧蚀导致的转捩烧蚀和导轨积铝问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种激光选区熔注难熔金属以增强电枢抗烧蚀性能的方法，包括以下步骤：
[0008]S1、将待增强电枢表面磨平并清洗干净；
[0009]S2、根据电磁发射工况和电枢烧蚀特性，将所述电枢表面的激光选区熔注结构设计为不同形状；
[0010]S3、设置激光参数，将难熔金属粉末基于所述激光选区熔注结构的形状送入待增强电枢表面，并利用激光对待增强的电枢表面进行激光熔注，多次熔注后得到由强化区域
熔注层和非强化区域电枢表面交错分布的增强电枢复合结构。
[0011]进一步的，所述激光选区熔注结构的形状为若干条平行排布在所述电枢表面的熔注线；优选的，每条所述熔注线的宽度范围为1mm
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6mm。
[0012]进一步的，所述激光选区熔注结构的形状为由若干条所述熔注线纵横交叉组成的网格状。
[0013]进一步的，所述激光选区熔注结构的形状为均匀分布在所述电枢表面的若干个熔注点；优选的，所述熔注点的直径为3mm
‑
6mm。
[0014]进一步的，所述激光选区熔注结构为覆盖在电枢部分表面上的预设形状的熔注面。
[0015]进一步的，所述激光选区熔注结构的厚度为0.5mm
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1.2mm；优选的，所述激光选区熔注结构的厚度为0.8mm
‑
1.0mm。
[0016]更进一步的，所述激光选区熔注结构的表面积与所述电枢表面的面积比为
[0017]进一步的，步骤S3中，激光熔注时，按预设偏移距离将所述激光从上一道熔注轨迹移动到下一道熔注轨迹。
[0018]更进一步的，所述预设偏移距离优选为1mm
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12mm；更优选的预设偏移距离为1.5mm
‑
10mm。
[0019]进一步的，步骤S2中，将所述激光参数中的光斑大小设置为2mm
‑
6mm、激光功率设置为2000W
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4000W、扫描速度设置为100mm/min
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1900mm/min、难熔金属粉末的送粉量为4g/min
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22g/min、送粉气流量设置为5L/min
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12L/min，且保护气流量设置为8L/min
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15L/min。
[0020]通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，主要具备以下优点：
[0021]1.本专利技术中通过引入难熔金属，如W、Mo、Nb等，将难熔金属粉末用于激光选区熔注技术中，即通过激光器送粉装置送到电枢待强化区域进行熔注，电枢待增强表面在激光作用下熔化形成熔池，难熔金属粉末进入熔池后微熔或不熔，在随后的熔池凝固过程中，难熔金属粉末颗粒被凝结在熔池中形成熔注层，从而得到在电枢表面由强化区域熔注层和非强化区域交织分布的增强电枢复合结构，该种增强电枢复合结构能提高电枢表面激光强化区域的熔点，从而进一步提高电枢的抗烧蚀性能。
[0022]2.本专利技术中激光选区熔注结构的形式多样化，能够根据不同的需求设计不同的激光选区熔注结构，如圆点阵列形、并排直线阵列形、横纵交叉网格形等，且激光选区熔注结构中，由于强化区域存在难熔金属，其熔点高，在实际工作中仅会微量熔化，而未强化区域的铝合金熔点低，会在工作过程中熔化形成膜，该种膜能够起到润滑作用，进而保证电枢与导轨的良好接触，避免转捩烧蚀。
[0023]3.本专利技术通过合理设计激光熔注结构的形状，如将激光熔注结构设计成若干条平行排布在所述电枢表面的熔注线、若干条所述熔注线纵横交叉组成网格状熔注层、均匀分布在所述电枢表面的若干个熔注点等形状，并合理设计其厚度、面积和分布方式，如将厚度设计为0.5mm
‑
1.2mm，激光选区熔注结构的表面积与电枢表面的面积比为通过选用厚度相同、面积比不同的激光熔注结构，能够按需调控电枢/导轨接触界面熔化的金属液膜的厚度，并使液膜均匀分布在电枢/导轨界面，以获得更好的润滑效果；如果激光熔注结构的
厚度超出上述范围，则会造成铝合金基材熔化较少，不能在电枢与导轨之间形成良好的润滑效果；同时，本专利技术的强化区域与非强化区域交错设计能够避免电枢在极端工况下“雪崩式”熔化和烧蚀，从而可以根据发射工况灵活调整电枢与铜导轨的接触状态和润滑效果。
[0024]4.本专利技术的方法中，在进行激光熔注时，熔注激光按预设偏移距离1
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12mm进行移动，之所以设计为该移动距离,其作用是能够通过选取合适的激光偏移距离进行加工，从而得到质地紧密、形状完整的熔注层。
[0025]5.本专利技术的方法中，将激光参数中的光斑大小设置为2mm
‑
6mm、激光功率设置为2000本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光选区熔注难熔金属以增强电枢抗烧蚀性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将待增强电枢表面磨平并清洗干净；S2、根据电磁发射工况和电枢烧蚀特性，将所述电枢表面的激光选区熔注结构设计为不同形状；S3、设置激光参数，将难熔金属粉末基于所述激光选区熔注结构的形状送入待增强电枢表面，并利用激光对待增强电枢表面进行激光熔注，多次熔注后得到由强化区域熔注层和非强化区域电枢表面交错分布的增强电枢复合结构。2.如权利要求1所述的一种激光选区熔注难熔金属以增强电枢抗烧蚀性能的方法，其特征在于，所述激光选区熔注结构的形状为若干条平行排布在所述电枢表面的熔注线；优选的，每条所述熔注线的宽度为1mm
‑
6mm。3.如权利要求1所述的一种激光选区熔注难熔金属以增强电枢抗烧蚀性能的方法，其特征在于，所述激光选区熔注结构的形状为由若干条所述熔注线纵横交叉组成的网格状。4.如权利要求1所述的一种激光选区熔注难熔金属以增强电枢抗烧蚀性能的方法，其特征在于，所述激光选区熔注结构的形状为均匀分布在所述电枢表面的若干个熔注点；优选的，所述熔注点的直径为3mm
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6mm。5.如权利要求1所述的一种激光选区熔注难熔金属以增强电枢抗烧蚀性能的方法，其特征在于，所述激光选区熔注结构为覆盖在电枢部分表面上的预设形状的熔注面。6.如权利要求1
‑
5任一所述的一种激光选区熔注难熔金属以增强电枢抗烧蚀性能的方法，其特征在于，所述激光选区熔注...

【专利技术属性】
技术研发人员：王邓志，汤丛文，徐治冬，宋文姬，杨佳兴，孙朋飞，赖涛，曾晓雁，胡乾午，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：