[发明专利]一种基于平面分区空间分层的动态梯度熔覆工艺和装置

说明书

本发明涉及一种基于平面分区空间分层的动态梯度熔覆工艺和装置，属于材料表面工程与激光技术应用领域。即采用平面分区空间分层的动态梯度熔覆工艺，即将熔覆件分为N层，每层根据零件不同区域功能不同，划分为多个平面区域，在每个区域的熔覆过程中动态调整合金粉末的成分配以及熔覆工艺参数，进行跳跃式熔覆，来提高零件相应部位耐高温、耐腐蚀、高强度和高韧性等综合力学性能。同时抑制按顺序熔覆导致的翘曲问题，改善熔覆层的熔覆质量，从而获得更加理想的熔覆效果。

技术领域

本发明涉及一种基于平面分区空间分层的动态梯度熔覆工艺和装置，属于材料表面工程与激光技术应用领域。特别适用于在熔覆过程中动态调整合金粉末的成分配比以及熔覆工艺参数，来提高工件的耐高温、耐腐蚀、高强度和高韧性等综合力学性能的制造工艺。

背景技术

激光熔覆(Laser Cladding)又叫激光包覆，激光熔覆是一种新兴的快速成型技术。它通过以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。该技术具有熔覆层组织致密、成形快、生产周期短、实现材料梯度功能、柔性化程度高可控性好等优点，因此应用前景十分广阔。

从当前激光熔覆的应用情况来看，其主要应用于三个方面：一，对材料的表面改性，如燃汽轮机叶片，轧辊，齿轮等；二，对产品的表面修复，如转子，模具等。三，快速原型制造。即利用金属粉末的逐层烧结叠加，快速制造出模型。目前应用广泛的激光熔覆材料主要有：镍基、钴基、铁基合金、碳化钨复合材料，陶瓷等材料。其中，又以镍基材料应用最多，与钴基材料相比，其价格便宜。然而,随着现代制造业的蓬勃发展，每个零件的不同部位都承担着相应的功能，处于不同极端环境下各部分的性能要求也大不相同，单一的静态合金粉末成分配比和制造工艺已经很难满足以上需求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于平面分区空间分层的动态梯度熔覆工艺和装置，即采用平面分区空间分层的同种材料动态梯度熔覆工艺，即将熔覆件分为N层，每层根据零件不同区域功能不同，划分为多个平面区域，在每个区域的熔覆过程中动态调整合金粉末的成分配以及熔覆工艺参数，进行跳跃式熔覆，来提高零件相应部位耐高温、耐腐蚀、高强度和高韧性等综合力学性能。同时抑制按顺序熔覆导致的翘曲问题，改善熔覆层的熔覆质量，从而获得更加理想的熔覆效果。

其具体步骤为：

(1)分析熔覆件各部位需要具备的力学性能，分为几大熔覆区域，每个熔覆区域根据该区域所需要的力学性能选择对应的合金元素，进行合金粉末元素成分的比例配比a：b：c，选定其中的一种元素，调节粉末送粉器送粉速率至最优速率v，以此速率为基准，计算出每种元素对应的粉末送粉器的送粉速率与粉末成分比例一致为a：b：c。

(2)利用软件根据骤(1)中的合金元素分布情况实现平面分区，空间分层，即将整个熔覆件划分为N层，每层划分为多个不同的熔覆区域，在每个熔覆区域上进行熔覆路径规划，计算机自动生成数控走刀程序代码。

(3)熔覆基体表面打磨后，使用毛刷去除熔覆基体表面杂质颗粒。

(4)将所有材料粉末分别研磨，再将粉末干燥。

(5)调节粉末混合器，连接各送粉器进行送粉测试，然后根据每个熔覆区域对应的粉末成份选择不同的激光功率参数进行熔覆测试，观测熔覆效果和熔覆质量，选取该区域粉末所匹配的最优激光熔覆工艺参数，记录下所有熔覆区域对应的最优熔覆工艺参数，最后在每个区域所对应的熔覆程序中设定与之对应的最优熔覆工艺参数，以此实现在整个零件的熔覆过程中激光工艺参数的动态调整，使其整体达到最好的熔覆效果。