[发明专利]一种超声在线振动辅助激光热喷涂Al-Ti-Ni非晶涂层的方法与装置

说明书

本发明属于涂层制备技术领域，具体涉及一种采用超声在线振动辅助激光热喷涂Al‑Ti‑Ni非晶涂层的方法与装置。本方法将激光系统、送气系统、送丝机构和超声振动辅助装置一体化，实现激光热喷涂、送气、喷丝和超声在线振动的同步进行。本发明装置利于校准安装，工艺简单，工作环境好，可极大提高喷涂效率，有利于降低成本，减少环境污染，同时有利于降低激光热效应对涂层冷却晶化行为的消极影响。

技术领域

本发明属于涂层制备技术领域，具体涉及在激光热喷涂同时，实现超声在线振动辅助制备Al-Ti-Ni非晶涂层的方法与装置。

背景技术

非晶涂层具有长程无序和短程有序的特点，不存在晶界、位错、层错等晶体缺陷，比传统晶体材料更独特的物理、化学和力学特性，如较高的强度和硬度、良好的耐磨性和优异的耐腐蚀性。通过表面涂层技术将非晶涂层喷涂到关键零部件，可以延长其在极端环境中的使用寿命，降低修复成本。激光热喷涂的快热、快冷和快凝特征为非晶涂层的制备提供了条件，是获得非晶态涂层的有效途径之一。但是由于激光热喷涂过程中的热作用易使涂层非晶成分发生晶化现象,使得涂层失去非晶结构特有的性能,限制了激光热喷涂技术的应用。

超声在线振动技术是一种提高涂层非晶形成的有效方法，通过在熔体中产生一系列效应，如空化效应、声流效应、过热效应及谐振效应，改变熔池的温度梯度、压力及过冷度影响熔融涂层的凝固行为，起到了改善金属凝固组织、细化晶粒和均化组织成分的作用。

目前，激光热喷涂工艺主要以粉末作为填充材料，将粉末送入激光热效应所形成的熔池中，形成非晶涂层。此方法的主要缺点是沉积效率低，粉末回收困难，经济效益差。丝材是替代粉末的另一种原料形式，具有价格便宜和利用率高的特点，易形成优良的表面涂层质量，因此，喷涂丝材是形成高性能非晶涂层、节约原材料和降低成本的方法。

发明内容

针对超声在线振动对非晶涂层形成的积极作用，本发明采用超声在线振动辅助激光热喷涂方法与装置实现了Al-Ti-Ni非晶涂层的制备。该方法将送丝机构与送气系统和激光热喷涂系统连接，实现了激光热喷涂系统、送气系统和喷丝机构的同步。同时，引入超声在线振动系统，在激光热喷涂过程中超声在线振动系统辅助非晶涂层的形成，通过打破熔融的涂层在快速凝固过程中原子位形结构，实现由非稳态向亚稳平衡态或平衡态的转变，降低了激光热效应对晶化行为的消极影响。本发明装置有利于校准安装，工艺简单，可提高涂层喷涂效率，降低成本，减少环境污染。

本发明通过以下技术方案实现：

超声在线振动辅助激光热喷涂装置如图1和2所示，该装置包括激光热喷涂系统和超声振动辅助系统。激光热喷涂系统包括激光系统1、光学系统2、激光头3、送丝机构4、丝材5、气体装置6和工作台14。所述的光学系统2为F7卡斯格林光学系统，作用在于将激光器发出的激光束聚焦在待喷涂工件表面形成3-5mm的圆形激光光斑。所述的送丝机构通过金属连杆16、螺栓17、送丝嘴18、万向节20和激光器连接，通过调整万向节20精确控制送丝方向和位置。气体装置6采用氩气作为保护气体，一方面保护熔池防止熔池飞溅和氧化，另一方面形成喷射流7将熔融材料离子化，喷向工件9表面形成涂层8。气体喷嘴19通过金属连杆16、螺栓17、万向节20和激光器连接，实现喷涂过程中激光器、送气与喷丝的同步工作。

所述的超声在线振动系统由超声波载物台10、超声波发生器11、超声换能器12、冷却液13及换能器冷却系统15组成。将工件9装夹在超声波载物台10上，保持工件水平状态。超声波发生器11驱动超声换能器12产生超声波,通过工件9导入熔融的金属熔池中,对液态金属涂层持续作用,进而对涂层结晶过程产生影响。超声波发生器11的功率及频率可调,输入电压为220V,工作电流为250mA,输出频率为10-30kHz，输出功率为0-3000W。