[发明专利]增材制造表面涂层制备方法及装置

说明书

本发明涉及增材制造技术领域，提供一种增材制造表面涂层制备方法及装置。该增材制造表面涂层制备方法，用以解决现有技术中无法保证表面涂层材料的制备质量的缺陷，包括如下步骤：S1、将涂层粉末铺设于基底；S2、调节脉冲激光器参数，使脉冲激光器输出设定扫描能量值的激光脉冲，并将激光脉冲聚焦于涂层粉末上，其中，设定扫描能量值低于基底的沸腾阈值，且高于涂层粉末的熔化阈值。本发明通过调节脉冲激光器参数，实现对脉冲激光器输出的激光脉冲的扫描能量进行调整，使得输出激光脉冲的能量高于涂层粉末的熔化阈值，且低于基底的沸腾阈值，且产生的钥匙孔深度小于或等于铺设的涂层粉末的厚度，减少涂层缺陷，实现高质量涂层制备。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种增材制造表面涂层制备方法及装置。

背景技术

直接激光沉积增材制造方案是在金属集体表面获得高精度、高质量涂层的技术方案，近年来广泛用做航空航天、船舶工业等领域的结构件制造。

常用的直接激光沉积增材制造方案通常采用连续激光，通过加热目标区域的基底形成高温熔池，使得落入熔池的涂层粉末熔化，随后冷却并在表面形成涂层。

在制造过程中，由于连续激光过强的热影响区，在熔池处于钥匙孔工作模式，内部熔化液体产生大量的涡流，使得底部基底材料通常会渗透进入涂层材料中，导致涂层材料出现缺陷。虽然降低功率会减少涡流形成，改善涂层质量，但是又导致熔池温度不够，涂层粉末难以熔化等问题。

发明内容

本发明提供一种增材制造表面涂层制备方法及装置，用以解决现有技术中无法保证表面涂层材料的制备质量的缺陷，实现降低制备涂层的缺陷，提高表面涂层的制备质量。

本发明提供一种增材制造表面涂层制备方法，包括如下步骤：

S1、将涂层粉末铺设于基底；

S2、调节脉冲激光器参数，使所述脉冲激光器输出设定扫描能量值的激光脉冲，并将激光脉冲聚焦于所述涂层粉末上，其中，设定扫描能量值低于所述基底的沸腾阈值，且高于所述涂层粉末的熔化阈值，且产生的钥匙孔深度小于或等于铺设的所述涂层粉末的厚度。

根据本发明提供的一种增材制造表面涂层制备方法，所述步骤S1中，将所述基底置于密封室内，并向所述密封室输送保护气体，使所述密封室内的氧气含量低于0.1％。

根据本发明提供的一种增材制造表面涂层制备方法，所述步骤S1中，将所述基底置于升降台上，所述升降台置于所述密封室内，并通过粉末刮刀在所述基底上沉积单层厚度的所述涂层粉末。

根据本发明提供的一种增材制造表面涂层制备方法，所述步骤S2中，通过扫描电镜将所述脉冲激光器发射的激光脉冲聚焦于所述涂层粉末的表面。

根据本发明提供的一种增材制造表面涂层制备方法，所述脉冲激光器输出的激光脉冲的脉宽在500fs至1ps之间，重复频率可在1Mhz至100Mhz范围调谐。

根据本发明提供的一种增材制造表面涂层制备方法，所述脉冲激光器输出的激光脉冲的平均功率大于100W。

根据本发明提供的一种增材制造表面涂层制备方法，所述脉冲激光器输出的激光脉冲的中心波长位于1.02μm至1.04μm之间。

根据本发明提供的一种增材制造表面涂层制备方法，所述脉冲激光器输出的激光脉冲的扫描能量值F的计算式为：

其中，P为脉冲激光器输出激光的平均功率，f为脉冲激光器输出的激光脉冲的重复频率，v为扫描电镜的光斑扫描速度。

根据本发明提供的一种增材制造表面涂层制备方法，所述脉冲激光器输出的激光脉冲为基模模式，偏振态为线偏振。