[发明专利]镍基合金表面激光修复方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光制备涂层方法，属于快速成型制造技术领域，特别是涉及一种利用送粉激光制备镍基耐蚀合金涂层的方法。

背景技术

送粉激光熔敷金属技术主要应用于机械零件的修补、耐磨涂层制备、耐蚀合金涂层制备等，相比较于传统的电弧等技术手段，具备效率高和品质高的优势。随着激光器价格的下降、粉末材料种类的增多，在最近十年该技术得到了广泛应用。

目前行业广泛采用的激光器主要是CO₂和光纤激光器，但由于波长和功率的限制，很难做到对涂层厚度和表面粗糙度的精确控制。目前市场的激光器的波长均在1500-3500纳米，对粉末材料的被吸收率较低，且光斑直径较大，不利于控制涂层的尺寸。

在薄规格零件表面制备耐蚀涂层，需要做到对涂层厚度和表面粗糙度的精确控制才可以。现有技术还无法做到在厚度规格0.5-2.0mm金属零件表面进行厚度0.5-2.0mm耐蚀合金涂层的制备，且还需要确保表面质量。

发明内容

本发明的目的在于提供送粉激光制备耐蚀合金涂层的方法，解决了现有技术无法克服的在薄规格零件表面无法制备薄规格涂层的难题，可在0.5-2.0mm金属零件表面完成厚度 0.5-2.0mm耐蚀合金涂层制备，且表面粗糙度低于0.5微米。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

送粉激光制备耐蚀合金涂层方法，其特征在于：a)激光波长600-1200纳米，功率40-100 瓦，光斑直径200-400微米，扫描速度5-15mm/s；b)涂层用粉末材料为镍基合金，含有2-6％W， 1-3％Al和0.1-3％Sn，粉末尺寸在30-120微米，送粉速度10-25g/s；c)采用同轴惰性气体保护，气体流量20-40L/min；d)采用矩阵式扫描方法，沿涂层宽度方向前进0.3-0.7mm，然后沿涂层长度方向前进250-500微米，循环往复，直至完成；

送粉激光制备耐蚀合金涂层方法，粉末材料也可采用混合金属粉末；

送粉激光制备耐蚀合金涂层方法，耐蚀涂层厚度在0.5-2.0mm范围内可控。

技术说明如下：

激光波长600-1200纳米，功率40-100瓦，光斑直径200-400微米，扫描速度5-15mm/s。

粉末材料对激光束的吸收率随着激光束波长的减小而增加，因此减少激光束波长有利于增加激光束能量被粉末材料吸收，提高能源利用效率。降低激光束波长也有利于降低激光束光斑尺寸，从而有利于涂层尺寸的精确控制。

当激光束波长低于600纳米时，虽然粉末材料吸收系数高，但是会增加成本、降低加工效率；当波长超过1200纳米时，在降低粉末材料对能量的吸收的同时，也增加了光斑直径，降低了能量密度，不利于涂层厚度控制。因此激光束波长优选600-1200纳米。

当激光束波长700-1100纳米时，效果更好；

当激光束波长750-1000纳米时，效果最好；

激光束功率40-100瓦。

当光率低于40瓦时，不能够提供足够的热量来熔化粉末；当功率超过100瓦是，不容易控制熔池深度，易形成深坑，不利于成型性能。因此，优选功率是40-100瓦。

光斑直径200-400微米。

当光斑直径低于200微米时，融化效率太低；当光斑直径超过400微米时，光斑能量密度较低、照射到的粉末熔化不完全，不利于成型性能和表面质量控制。因此，优选功率是 200-400微米。

扫描速度5-15mm/s。

当扫描速度低于5mm/s，效率太低；当扫描速度超过15mm/s，由于吸收热量不足导致粉末熔化不完全，不利于成型质量。因此，优选速度是5-15mm/s。

涂层用粉末材料为镍基合金，含有2-6％W，1-3％Al和0.1-3％Sn，粉末尺寸在30-120微米，送粉速度10-25g/s。

W由于具备良好的耐热性能，因此一般常常用于刀具、耐热钢等材料中。但在本发明中，W一方面和Al，Sn复合添加，可有效提高耐蚀性能；另一方面，由于W对于激光热量的吸收效率高，因此可以提高粉末材料的的成型性能。当其含量低于2％时，效果不明显；当其含量超过6％时，会显著增加成本，且耐蚀性能提高有限，因此，优选含量是2-6％。