[发明专利]一种利用化学气相沉积辅助激光熔覆原位合成复合涂层装置及工艺方法

说明书

本发明公开了一种利用化学气相沉积辅助激光熔覆原位合成复合涂层装置及工艺方法，通过气体压力配比方式获得一种或者多种气相，使用真空管式炉对混合气体预热提高活性，并在激光熔覆过程中发生化学气相沉积，与熔池金属发生气固化学反应原位合成强化相从而制备复合涂层。该工艺方法不仅高效、节能、低成本的技术特点，而且该方法制备的涂层：可以通过改变化学气相及工艺参数有效地控制增强相的尺寸大小、形态和分布均匀性；另外采用激光辅助技术可以显著地促进化学反应，使沉积可在较低的温度下进行，可以通过各种反应形成多种金属、合金、陶瓷和化合物涂层，具有广泛的应用价值。

技术领域

本发明涉及复合涂层技术领域，具体是一种利用化学气相沉积辅助激光熔覆原位合成复合涂层装置及工艺方法。

背景技术

激光熔覆亦称激光熔敷或激光包覆，它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成冶金结合的添料熔覆层。近年来，随着粉末制备的快速发展，许多学者将纳米颗粒(Al2O3、BN、Nano-WC、TiB2、TiC、NbC、SiC、CrC、CaF2、TiN、SiC等)按照一定比例与微米级的WC颗粒混合引入到涂层中，结果表明微纳结构能够有效地提高碳化钨涂层的综合力学性能，是陶瓷增韧和弥散强化的一种有效方式。但是目前纳米颗粒主要通过外部引入的方式添加到涂层中，纳米强化颗粒造价昂贵，成本高，对制粉工艺和设备提出较高的要求；纳米强化颗粒在球磨混粉过程中容易发生团聚，熔覆过程中易于溶解，难以保留纳米尺寸；纳米强化颗粒与涂层结合的界面一般呈机械咬合，强化效果较差。为此，需要提出一种简单、高效的原位合成技术。

化学气相沉积是一种化工技术，该技术主要是利用含有薄膜元素的一种或几种气相化合物或单质、在衬底表面上进行化学反应生成薄膜的方法,可以制备氧化物、硫化物、氮化物、碳化物，也可以制备III-V、II-IV、IV-VI族中的二元或多元的元素间化合物，而且它们的物理功能可以通过气相掺杂的淀积过程精确控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用化学气相沉积辅助激光熔覆原位合成复合涂层装置及工艺方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种利用化学气相沉积辅助激光熔覆原位合成复合涂层装置，包括实验气瓶，所述实验气瓶的上端贯通连接有混气罐，且实验气瓶分为三个容器，三个容器与混气罐之间的管道上分别设置有第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀，所述第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀的一侧均设置有流量减压表，所述混气罐的上端嵌入设置有压力传感器，且混气罐的一端的管道上设置有第四电磁阀并与真空管式炉贯通连接，所述真空管式炉的另一端设置有第一支路管和第二支路管，第一支路管贯通连接送粉器后与第二快装接头连接，第一支路管与送料器之间设置有第五电磁阀，第二支路管的一端贯通连接有第一快装头，且第二支路管与第一快装头之间设置有流量阀，所述送粉器的一端连接有第二快装头，所述第一快装头和第二快装头的一侧设置有快装接头，所述快装接头的一端设置有旁轴焊接头，所述旁轴焊接头的下方设置有基材，所述基材的上表面设置有涂层，且基材的上表面靠近涂层的一侧设置有熔池，所述熔池上方设置有激光发射头。

作为本发明再进一步的方案：利用化学气相沉积辅助激光熔覆原位合成复合涂层装置的工艺方法，包括如下步骤：

1)化学气相配比，按照压力配比将所需化学气体充入到混气罐中；

2)打开第四电磁阀将化学气体通过真空管式炉进行预热，提高其活性；

3)将涂层粉末预置到基材上；

4)打开流量阀通入一定流量的化学气氛并选择合适工艺参数进行激光熔覆；

5)与熔池金属发生气固化学反应原位合成强化相；

6)凝固形成复合涂层。