[发明专利]双层梯度激光增材制造方法

说明书

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，具体涉及一种激光增材制造方法，特别是一种新型的双层梯度激光增材工艺。

背景技术

激光熔化沉积（Laser Melting Deposition, LMD）是从激光熔覆（Laser Cladding）技术发展而来的一种金属增材制造技术工艺，是将3D打印的“叠层累加”原理和激光熔覆技术有机结合，以金属粉末为加工原料，通过“激光熔化-快速凝固”过程逐层沉积，从而形成金属零件的制造技术。与传统的堆焊、喷涂、电镀和气相沉积等制造技术相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点，在新型汽车制造、航天、航空、新型武器装备中的高性能特种零件和民用工业中的高精尖零件的制造领域具有极好的应用前景，尤其是在常规方法很难加工的梯度功能材料、超硬材料和金属间化合物材料的零件快速制造以及大型模具的直接快速制造领域前景广阔。

LMD的基本步骤为利用激光的高能量使得金属粉末和基材发生熔化，在基材上形成熔池，熔化的粉末在熔池上方沉积，冷却凝固后在基材表面形成熔覆层。如中国专利文献CN102453901B公开的为油钻杆表面制备WC（碳化钨）硬质合金耐磨带的方法，高功率激光束辐照工件表面的同时同步为激光熔覆送入合金粉末，合金粉末在熔池内发生快速熔化和凝固，形成耐磨抗蚀熔覆层。

一般的LMD工艺采用的是传统的单层激光熔覆方法，在进行梯度激光熔覆加工时存在缺陷。如石油行业的石油钻井的设备要求表面有很好的耐磨性能，需要进行两层激光熔覆，第一层使用Ni基粉末，第二层使用Ni+WC混合粉末。现有的LMD工艺需要先后分别进行第一层和第二层的激光熔覆，工艺过程繁琐；在第一层上面进行第二层的激光熔覆时，对第一层的熔覆层会产生回火效应；另外，两次激光熔覆之间有时间间隔，在进行第二层激光熔覆时，表面温度会下降，熔覆层表面易产生裂纹，影响熔覆层质量。因此，研究开发一种适于梯度激光熔覆的增材制造方法乃是当务之急。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供双层梯度激光增材制造方法，该制造方法可一次扫描双层成型，简化了梯度激光熔覆工艺，且避免熔覆层裂纹等缺陷的产生。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

双层梯度激光增材制造方法，其步骤包括：使用激光束辐照并扫描待熔覆基材表面，采用多路送粉方式向激光束辐照位置同步送入金属粉末，所述多路送粉的管路分为两组，两组管路送入的金属粉末分别形成位置邻接的两个粉末汇聚点，同组的管路送入的金属粉末材质相同；熔化所述金属粉末和基材在所述辐照位置形成熔池，熔化的金属粉末在熔池上方沉积，冷却凝固后在基材表面形成熔覆层。

优选地，送入金属粉末采用八路送粉方式，分为内四路和外四路两组，内四路粉末汇聚点位于外四路粉末汇聚点上方。

优选地，两组管路分别送入不同材质的金属粉末，通常用于形成外层熔覆层的金属粉末硬度较高，如Ni（镍）+WC（碳化钨）粉末；用于形成内层熔覆层的金属粉末硬度较低，如Ni基625合金等Ni基合金粉末；根据需要两组管路也可送入材质相同的金属粉末。

本发明技术方案通过内、外路送粉口同步送粉，外路粉末汇聚点与内路粉末汇聚点相邻，在激光熔覆过程中一次扫描双层成型，解决了传统梯度激光熔覆工艺繁琐的问题，且有效避免分层成型导致熔覆层产生裂纹等缺陷的问题。

附图说明

图1为本发明采用八路送粉的工作原理示意图；

图2为使用本发明制造方法一次扫描双层成型的效果示意图。

其中：1：喷嘴；21：内路送粉口；22：外路送粉口；P1：粉末汇聚点一；P2：粉末汇聚点二；L1：外层熔覆层；L2：内层熔覆层；3：送粉管；4：待熔覆基材；D：激光扫描方向。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明做进一步说明，以便更好地理解本发明。

本实施例双层梯度激光增材制造方法送入金属粉末采用八路送粉方式，分为内四路和外四路。工作时，使用激光束辐照并扫描待熔覆基材表面，分别通过内四路和外四路同时向激光束辐照位置同步送入金属粉末。