[发明专利]一种激光加热制备表面薄层的方法

说明书

本申请公开了一种激光加热制备表面薄层的方法，至少包括以下步骤：(1)将自熔合金粉沉积在基体表面；(2)通过脉冲激光加热将步骤(1)中所述沉积在基体表面的自熔合金粉熔化，使之与基体反应，冷却后在基体表面得到合金薄层。所述方法可制备与基体冶金结合的表面薄层，结合强度高、表面平整，制备效率高、无污染，对激光设备要求低。

技术领域

本申请涉及一种激光加热制备表面薄层的方法，属于表面工程领域。

背景技术

激光熔覆技术可制备与基体冶金结合的表面层，结合强度高、致密度好，目前已被用于机械零部件的耐磨耐蚀防护、修复与再制造。但是，常规激光熔覆技术制备的表面层厚度均在0.5mm以上，难以替代电镀、化学镀或真空沉积工艺用于制备防护薄层。如采用高端的增材制造(3D打印)设备或近年来刚出现的超高速激光熔覆设备，可制备与基体冶金结合的表面层，厚度可低至0.1mm，但不仅设备价格昂贵，高达数百万元，而且上述设备对熔覆合金粉的粒度均匀性、表面质量、含氧量要求高，限制了其应用范围。因此，为实现薄层激光熔覆的大规模应用，需要一种可用现有激光设备实现的薄层熔覆技术。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种激光加热制备表面薄层的方法，该方法可制备与基体冶金结合的表面薄层，结合强度高、表面平整，制备效率高、无污染，对激光设备要求低。

本申请的目的在于提供一种简单方便、对激光设备要求低、适用的基体范围广的激光加热防护薄层制备技术，可替代电镀等高污染技术制备薄防护层，并可用于精密机械零部件的修复与再制造。

所述激光加热制备表面薄层的方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

(1)将自熔合金粉沉积在基体表面；

(2)通过脉冲激光加热将步骤(1)中所述沉积在基体表面的自熔合金粉熔化，使之与基体反应，冷却后在基体表面得到合金薄层。

可选地，所述方法使用同轴送粉器在钢构件基体表面沉积50～300μm厚的自溶合金粉，使用脉冲激光器加热熔化自溶合金粉，冷却后形成表面薄层，必要时进行表面重熔处理以进一步提高表面层质量。

可选地，步骤(1)中所述自熔合金粉通过同轴送粉器沉积在基体表面。

可选地，步骤(1)中所述自熔合金粉包括Ni基自溶合金、Co基自溶合金、Fe基自溶合金中的至少一种；

所述自熔合金粉的颗粒尺寸为5～50μm。

可选地，所述自熔合金粉的成分为Ni基、Co基或Fe基自溶合金。

可选地，步骤(1)中所述基体包括碳钢、低合金钢、不锈钢中的至少一种；

所述基体在自熔合金粉沉积之前进行清洁处理。

可选地，所述清洁处理为：表面清洗去除表面污迹与氧化层。

可选地，所述基体的成分为碳钢、低合金钢或不锈钢。

可选地，步骤(2)中熔覆过程中功率密度为5×10¹²～10×10¹²W/m³。

所述功率密度＝功率/(光斑面积×粉厚度)。

可选地，步骤(2)中熔覆过程中道次间搭接率不低于30％；相邻激光光斑的重叠率不低于50％。

可选地，步骤(2)中熔覆结束后进行重熔处理。

可选地，所述重熔的热输入为熔覆热输入的40～80％。

所述熔覆为：通过脉冲激光加热将所述沉积在基体表面的自熔合金粉熔化，使之与基体反应形成表面层的过程。