[发明专利]一种超快-连续激光异步抛光送粉增材制造金属表面工艺

说明书

本发明提供一种超快‑连续激光异步抛光送粉增材制造金属表面工艺，包括：利用超快激光对送粉增材制造金属材料表面进行激光微铣削，去除送粉增材制造金属材料表面宏观凸起的沉积层，得到具有平坦的加工表面的样件；将样件放入隔氧容器中并通入保护气体，利用连续激光对样件的加工表面进行激光抛光，使加工表面材料升温并达到熔融状态，液态材料的表面张力形成材料微流动，去除激光微铣削加工留下的微观形貌，经冷却凝固形成光滑表面，实现送粉增材制造金属材料表面从大波纹度至亚微米级别的表面抛光。本发明为非接触式抛光，不会在材料表面产生机械应力，避免引入相关加工缺陷；相比于传统抛光工艺，可实现自动化加工，且加工效率高、环境污染小。

技术领域

本发明涉及送粉式增材制造金属材料表面激光抛光加工领域，具体地，涉及一种超快-连续激光异步抛光送粉增材制造金属表面工艺。

背景技术

Ti-6Al-4V(TC4)钛合金有着强度高、密度小、耐腐蚀性强、耐热性好生物相容性好等优点，被广泛用于航空航天、医药医学、海洋船舶等领域，尤其适用于人体组织以及发动机风扇、叶片、飞机结构件等关键零部件，但其属于较难加工的金属材料之一，传统的机械加工难以满足TC4钛合金零件日益发展的精密化以及复杂化，但增材制造技术应用于TC4钛合金零件的制造，可以有效解决其难加工的劣势。

增材制造成型的金属零件表面存在波纹度或是表面较为粗糙，因此需要经过表面抛光方可应用于实际，尽管对于零件的表面抛光现有较多加工方式可供选择，但大多存在较多劣势、加工效率低并且较难以完成复杂表面的抛光。激光抛光作为随着激光加工技术发展而衍生出的一种新型表面加工处理方式，可大大提高零件的抛光效率并且适用于各类复杂表面的加工，因此激光抛光可更好的胜任增材制造TC4钛合金零件的表面抛光。当前最为典型的两种激光增材制造工艺分别为基于铺粉的选区激光熔化技术以及基于送粉的激光熔覆沉积技术。基于铺粉的选区激光熔化技术成型的金属零件表面粗糙度较大但不存在表面波纹度，可通过激光抛光直接对其表面进行加工，相比于铺粉式增材制造，基于送粉的激光熔覆沉积技术成型的金属零件受限于其表面的波纹度以及激光光斑的微尺度，无法直接通过激光抛光改善其表面质量。

目前对于送粉式增材制造金属零件的表面激光抛光研究较为稀少，大多加工表面均不涉及表面波纹度。例如，申请号为201410315813.X的中国专利，公开了增材制造金属件表面多重激光抛光及强化方法；以及申请号为201710244392.X的中国专利，公开了一种针对金属表面的单步脉冲激光抛光方法，由于激光抛光过程中光斑处熔池尺寸远小于形成波纹度的宏观凸起，因此上述专利采用单步的激光抛光无法通过液态材料流动的方式较好地去除材料表面的波纹度，上述专利的激光抛光的对象均不涉及表面波纹度，基本等同于仅仅降低平面的表面的粗糙度，难以较好地提高送粉式增材制造金属零件的表面质量。另外，申请号为201811546932.0的中国专利，虽同为复合异步激光抛光加工工艺，但其主要针对陶瓷材料，而陶瓷材料表面不涉及表面波纹度，且该专利仅仅将陶瓷材料表面粗糙度从Ra1.8μm左右降低至Ra 0.6μm左右。粗糙度属于微观几何形状误差，波纹度属于微观和宏观之间的几何误差，由于激光抛光过程中光斑处熔池尺寸远小于形成波纹度的宏观凸起，因此单步的激光抛光无法通过液态材料流动的方式较好地去除材料表面的波纹度，难以较好地提高送粉式增材制造金属零件的表面质量。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种超快-连续激光异步抛光送粉增材制造金属表面工艺。

本发明提供一种超快-连续激光异步抛光送粉增材制造金属表面工艺，包括：

利用超快激光对送粉增材制造金属材料表面进行激光微铣削，去除送粉增材制造金属材料表面宏观凸起的沉积层，得到具有平坦的加工表面的样件；

将所述样件放入隔氧容器中并通入保护气体，利用连续激光对所述样件的加工表面进行激光抛光，使加工表面材料升温并达到熔融状态，通过液态材料的表面张力形成材料微流动，从而去除激光微铣削加工留下的微观形貌，之后经冷却凝固形成光滑表面，实现送粉增材制造金属材料表面从大波纹度至亚微米级别的表面抛光。