基于大面积电子束的工件表面快速涂覆重熔方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于大面积电子束的工件表面快速涂覆重熔方法及装置，挤压头挤出混料进行工件表面涂覆，同时由控制系统控制工作台并带动工件向前运动，使挤压头不断挤出新的混料涂覆在经过挤压头下方的工件表面，从而使工件表面均匀涂覆所需厚度的混料；当工件初始涂覆部分移动到电子束源正下方的时候，电子束源即开始发出电子束照射到涂覆层上面进行熔覆，直到工件所有涂覆部分熔覆时为止，从而实现边涂覆边熔覆的效果。本发明专利技术加工效率高，合金涂覆和合金熔覆在同一工艺完成。熔覆质量均匀，易于控制。熔覆层结合力强，避免了类似于涂层的剥落，解决了一般涂覆薄膜材料的结合力不足问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对金属工件表面加工处理技术的改进，具体指对金属工件的表面利用大面积电子束进行快速涂覆并合金化的方法及装置，主要用于工件表面的强化和镀膜，属于材料表面处理

技术介绍
材料表面技术是近年来研究比较热门的领域，其中，表面合金化工艺是表面强化技术中最有前途的工艺方法。利用这种工艺可在一些表面性能差、价格便宜的基体金属表面制出耐磨，耐蚀、耐高温的表面合金，用于取代昂贵的整体合金，节约贵重金属材料和战略材料，使廉价合金获得更广泛的应用，从而大幅度降低成本。另外，它还可用来制造出在性能上比传统方法更优的表面涂层，由于材料表面重熔引起晶界原子的迅速扩散，从而让表面的合金与齿轮基体很好的结合，齿轮表面电子束合金化处理获得的金属膜和金属基体为一个整体，避免了类似于涂层的剥落，解决了一般涂覆薄膜材料的结合力不足问题。这种工艺可根据工件表面性能的要求，合理地选择合金元素，从而在普通基材表面获得特殊性能的合金层，这项工艺的优点还表现在它的处理区域的高度局部性和合金粉末选择的灵活性上。同时也可以在基体较轻的结构材料表面制作表面性能较强的膜，既解决了工件设计的轻量化，同时也解决了高性能材料基体太脆韧性不够的问题。近十几年来，利用脉冲高能密束(电子束、离子束、激光束)进行金属材料表面精整加工和改性得到了迅速发展。当高能量密度的射束作用到材料表面时，大量的能量会在短时间里沉积在材料表面的薄层中，被加热层的温度迅速升高，导致局部熔化、汽化等现象。当输入能量结束时，工件表面会急速冷却。经过这几个过程的综合作用，材料表面层的性质会发生明显地变化。这样就可以使材料表面具有用常规方法难以达到的物理、化学或力学性质。利用电子束技术，使基体材料表面薄层与根据需要加入的合金元素同时快速熔化、混合，形成厚度为几个um到I个mm的表面熔化层，熔化层由于常温基体的作用快速冷却下来，冷却速度可达106°C / s 108°C / s，相当于急冷淬火技术所能达到的冷却速度，又由于熔化层液体内存在着扩散作用和表面张力效应等物理现象，使材料表面仅在很短时间内就形成了具有要求深度和化学成份的表面合金化层。使用电子束进行加工，一般都是把电子束经过聚焦变成很细的高密度能束之后，用于精密切割和高功能精密焊接等方面的加工。与此相反，这里将要介绍的电子束照射装置是能对大面积产生较均匀的高能量密度的电子束。国内外材料表面合金化技术主要包括 ①利用激光进行材料表面合金化。近几年的研究，多集中在以激光作为高密度能源的表面合金化工艺方面。这种以激光为高密度能源的表面合金化技术，存在着以下问题首先，现有的激光表面合金化研究，多采用单光束斑，由于束斑的能量密度分布不均匀，难以获得表面平整的合金层；另外，由于激光宽带扫描装备尚未成熟，难以得到宽带碱灰表面合金层，而且，激光器的能量转换效率低，因此，激光表面合金化技术离实用化阶段还很遥远。②利用电子束进行表面合金化。在材料表面预涂覆合金元素，利用电子束能量瞬间沉积在材料次表层很小的区域内，从而使材料极快速地升温到相变温度或熔化温度以上，实现合金化的过程。传统的电子束材料表面合金化需要在别的设备上预先涂覆合金层，而且其采用的圆形截面电子束加工，束斑重叠区域能量分布不均匀，材料表面应力集中，力口工效率相对较低。 因此，激光由于束斑的能量密度分布不均匀，能量转换效率低，传统的电子束材料表面合金化需要在别的设备上预先涂覆合金层，加工效率低。所以需要设计一种适合金属零件的表面快速涂覆重熔方法及装置。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一种生产效率高、且表面应力分布均匀的基于大面积电子束的工件表面快速涂覆重熔方法及装置。本专利技术解决技术问题的技术手段是这样实现的 基于大面积电子束的工件表面快速涂覆重熔方法，其步骤为 1)将所需涂覆的合金粉末利用混合剂制成膏状混料并封装到挤压头中； 2)将待加工工件置于真空环境中并放在工作台上，工作台可由工作台控制系统控制其匀速运动； 3)挤压头挤出混料进行工件表面涂覆，同时由工作台控制系统控制工作台并带动工件向前运动，在工件运动过程中，挤压头不断挤出新的混料涂覆在经过挤压头下方的工件表面，从而使工件表面均匀涂覆所需厚度的混料，直到工件需要涂覆的部位全部涂覆完毕时停止涂覆； 4)当工件初始涂覆部分移动到电子束源正下方的时候，电子束源即开始发出电子束照射到涂覆层上面进行熔覆，直到工件所有涂覆部分熔覆时为止，从而实现边涂覆边熔覆的效果，最终实现工件表面快速涂覆重熔。所述膏状混料中加有固体颗粒润滑剂。所述工件和电子束源之间设有光阑，以使选定区域的电子束通过光阑照射到工件表面。所述光阑为钥光阑。基于大面积电子束的工件表面快速涂覆重熔装置，它包括真空室，在真空室外设有电子束源和挤压头，电子束源产生的电子束可进入真空室内，挤压头用于放置需要涂覆的合金元素并将合金元素挤压出来涂覆在工件上，挤压头的出口竖直向下位于真空室内；在真空室内设有工作台和光阑，工作台用于放置工件并受设于真空室外的工作台控制系统控制而带动工件水平移动；光阑位于电子束源正下方仅让部分电子束选择性通过以照射工件。所述真空室外设有真空系统，真空系统用于对真空室抽真空以达到需要的真空度。所述真空室壁上设有观察真空室内状况的观察视窗。相比现有技术，本专利技术具有如下优点 I、这种工艺可根据工件表面性能的要 求，合理地选择合金元素和合金粉末，合金可以是一种、也可以是多种、也可以是合金和润滑剂混合成自润滑合金膜。2、加工效率高。边涂覆边熔覆，合金涂覆和合金熔覆在同一工艺完成。3、熔覆质量均匀，易于控制，电子束照射装置是采用的大面积高能量密度的电子束。4、熔覆层结合力强。材料表面重熔引起晶界原子的迅速扩散，从而让表面的合金与金属基体很好的结合，基体表面电子束合金化处理获得的金属膜和金属基体为一个整体，避免了类似于涂层的剥落，解决了一般涂覆薄膜材料的结合力不足问题。附图说明图I一本专利技术结构示意图。其中，I-电子束源；2_挤压头；3_真空室；4-光阑；5-工件；6_工作台控制系统；7-工作台；8_真空系统；9-电子束；10-观察视窗。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。本专利技术基于大面积电子束的工件表面快速涂覆重熔方法，其步骤为 1)将所需涂覆的合金粉末利用混合剂制成膏状混料并封装到挤压头中； 2)将待加工工件置于真空环境中并放在工作台上，工作台可由工作台控制系统控制其匀速运动； 3)挤压头挤出混料进行工件表面涂覆，同时由工作台控制系统控制工作台并带动工件向前运动，在工件运动过程中，挤压头不断挤出新的混料涂覆在经过挤压头下方的工件表面，从而使工件表面均匀涂覆所需厚度的混料，直到工件需要涂覆的部位全部涂覆完毕时停止涂覆； 4)当工件初始涂覆部分移动到电子束源正下方的时候，电子束源即开始发出电子束照射到涂覆层上面进行熔覆，直到工件所有涂覆部分熔覆时为止，从而实现边涂覆边熔覆的效果，最终实现工件表面快速涂覆重熔。所述膏状混料中加有固体颗粒润滑剂。所述工件和电子束源之间设有光阑，以使选定区域的电子束通过光阑照射到工件表面。所述光阑为钥光阑。通过光阑使电子束能量均匀地照射到工件表面。如图I所示，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡建军，许洪斌，金艳，李晖，陈元芳，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：