[实用新型]一种交变磁场细化激光熔覆层凝固组织的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于激光加工技术领域，具体涉及一种交变磁场细化激光熔覆层凝固组织的装置。

背景技术

激光熔覆技术是利用高能密度的激光束使熔覆材料与基体表层熔凝后形成具有冶金结合特征熔覆层的一种先进表面改性技术，其目的是改善基体的耐磨、耐蚀、耐热和抗氧化性能，使廉价工程材料表面获得良好的综合性能，是一种经济实用的表面强化手段，在汽车、航天航空、模具、轧辊、石油、热能动力等行业中有着广泛的应用。众所周知，激光快速熔凝所具有高温度梯度、高速度的凝固特征，使所得的熔覆层凝固组织易形成方向强、粗大的柱状枝晶，其不仅降低了熔覆层的力学性能，更容易诱发涂层结晶裂纹、气孔等缺陷形成，对熔覆层的质量产生不利影响，这阻碍了激光熔覆技术快速实现工业化的进程。因此，改善熔覆层凝固组织并使其细化具有重要研究意义。

目前，尚未发现利用外加交变磁场细化激光熔覆层凝固组织的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种交变磁场细化激光熔覆层凝固组织的装置，通过简单的装置结构，解决激光熔覆涂层存在裂纹、气孔、组织不均匀、熔覆层温度梯度大等问题。

本实用新型通过下列技术方案实现：一种交变磁场细化激光熔覆层凝固组织的装置，包括冷却器1、CO₂激光器2、氩气保护装置3、同步送粉器4、夹具装置5、交变磁场6、熔覆基体7、数控操作台8，冷却器1与CO₂激光器2相连，CO₂激光器2上设置激光枪头9，同步送粉器4与氩气保护装置3相连，氩气保护装置3与激光枪头9相连，同步送粉器4向通过保护气体喷嘴1向夹具装置5上的熔覆基体7喷送复合层粉末，交变磁场6设置在熔覆基体7下方，数控操作台8与冷却器1、CO₂激光器2、同步送粉器4、夹具装置5相连。

操作时，先将待熔覆基体表面进行打磨、除油后用无水乙醇和丙酮反复清洗，并将其用夹具装置5固定于载物台上；将合金粉末或金属陶瓷复合粉末置于干燥箱中100～150℃干燥10h，待冷却后加入送粉器中；将激光束聚焦之后辐照在磁力线区域内，采用同步送粉方式，使交变磁场产生的磁力线方向与激光熔覆的扫描速度方向相垂直进行激光熔覆处理，同时通入高纯氩气保护，获得复合涂层。

通过设计的电路及作用线圈而构成的交变磁场发生装置，利用其产生的交变磁场作用于激光熔池，加速熔池内液态金属的对流，以实现改善熔覆层凝固组织并使其细化的目的。当线圈通入一定频率的交变电流时，在激光熔池内部将产生交变的感应电流，磁场与感应电流之间发生电磁作用，产生沿径向将熔融金属拉离熔覆层中心的交变电磁力，从而使熔融金属产生了规则的波动。这种波动对凝固过程的影响与通常的强化对流产生的影响是没有实质区别的，其可使凝固过程中正在生长的树枝晶或难以长大，或被折断、击碎，成为新的晶核，从而细化熔覆层凝固组织；另一方面，由于激光熔池液态金属对流被强化，也可缓解熔覆层的裂纹、气孔和组织化学成分不均匀等问题。

本实用新型方法具有以下明显优势：

（1）本实用新型可显著细化熔覆层的凝固组织；

（2）本实用新型的装置简单、投入成本低、效益高等特点。

附图说明

图1为本实用新型所述装置的结构示意图；图中，1-冷却器、2-CO₂激光器、3-氩气保护装置、4-同步送粉器、5-夹具装置、6-交变磁场、7-熔覆基体、8-数控操作台、9-激光枪头。

具体实施方式

以下结合本实用新型方法的内容提供实施例，对本实用新型作进一步理解。

实施例1

如图1，交变磁场细化激光熔覆层凝固组织的装置，包括冷却器1、CO₂激光器2、氩气保护装置3、同步送粉器4、夹具装置5、交变磁场6、熔覆基体7、数控操作台8，其中，冷却器1与CO₂激光器2相连，CO₂激光器2上设置激光枪头9，同步送粉器4与氩气保护装置3相连，氩气保护装置3与激光枪头9相连，同步送粉器4向通过保护气体喷嘴1向夹具装置5上的熔覆基体7喷送复合层粉末，交变磁场6设置在熔覆基体7下方，数控操作台8与冷却器1、CO₂激光器2、同步送粉器4、夹具装置5相连。

先将待熔覆100mm×10mm×10mm的碳钢基体表面进行打磨、除油后用无水乙醇和丙酮反复清洗，并将其用夹具装置5固定于载物台上；将Fe55合金粉末（化学成分质量分数为0.8～3.5 C，15～30 Cr，2.0～5.0 Si，2.0～3.5 B，10～20Ni，余量Fe）置于干燥箱中100～150℃干燥10h，待冷却后加入送粉器中；将激光束聚焦之后辐照在磁力线区域内，采用同步送粉方式进行激光熔覆处理，同时通入高纯氩气保护，交变磁场的磁场电流为0A，磁场强度为0mT，获得复合涂层。