[发明专利]一种激光复合热喷涂系统和方法

说明书

本发明提供了一种激光复合热喷涂系统和方法，包括待喷涂沉积涂层的基体，位于所述基体正上方且照射所述基体的脉冲激光束流系统、连续激光束流系统和热喷涂粒子束流喷枪系统；所述脉冲激光束流系统用于对所述基体表面发射脉冲激光束流，以清除所述基体表面的污染物和金属表面氧化膜；所述连续激光束流系统用于对所述基体表面发射连续激光束流，以调控热喷涂粒子束流沉积前的所述基体表面温度；所述热喷涂粒子束流喷枪系统用于产生喷涂沉积涂层所需要的所述热喷涂粒子束流，所述热喷涂粒子束流为熔融或半熔化状；通过本发明可获得粒子间充分冶金结合的耐腐蚀与耐磨损的合金涂层。

技术领域

本发明涉及喷涂技术领域，特别是涉及一种激光复合热喷涂系统和一种激光复合热喷涂方法。

背景技术

热喷涂是通过高温高速热源，如高温火焰、高温等离子射流，加热粉末颗粒材料形成熔融或半融化的粒子束流，在移动中定向喷射向基体表面，熔融粒子依次碰撞在基体表面而沉积；束流每一次扫过基体表面时，形成一定厚度的一层沉积层，通过粒子束流多次叠加沉积，通过多层叠加，形成一定厚度的涂层。

现有的热喷涂涂层制备方法，一般仅采用喷涂粒子束流沉积涂层，普遍存在的问题：粒子层间不能达到有效结合，结合率约为40％。原有方法主要有以下两点：熔融粒子高速碰撞时，冷却速度极快，通常超过10⁵℃/s，与基体表面的接触时间很短，液固界面温度低，润湿效果差，界面冶金结合难以形成，仅在中心区域因熔融金属较长时间与基体保持接触而提升界面温度而形成冶金结合，但结合率小于40％。其次，在金属涂层沉积时，沉积的高温粒子在冷却中，受大气气氛的作用而发生氧化，形成的氧化膜阻止后续熔融粒子碰撞时，与基体金属的直接接触，阻止结合。这两个问题迄今没有得到较好解决。

针对上述金属涂层的氧化问题，目前采用真空等离子喷涂方法制备涂层。

真空等离子喷涂方法的具体实现步骤如下：采用具有一定尺寸限制的腔室，通过真空系统使得在低于大气气氛的真空条件下，在腔室中填充如惰性气体如氩气，由此在惰性保护气氛中进行喷涂沉积，防止喷涂金属材料的氧化。存在的问题如下：

(1)尽管氧化得到控制，但是因需要采用形成真空的腔室，喷涂零件的尺寸受到腔室大小的限制；

(2)喷涂过程需要在腔室内进行，喷涂灵活性差；

(3)喷涂过程中，为防止氧化，需要通过填充惰性气体进行保护，需要大量的保护气体，额外增加了运行成本；

(4)因需要真空腔室与真空系统，使得喷涂系统的投资成本大幅度增加。

因上述问题，使得真空等离子喷涂(又称低压等离子喷涂)，仅应用在较少的需要附加价值较高涂层制备的场合。

发明内容

本发明提供一种激光复合热喷涂系统和方法，以获得粒子间充分冶金结合的耐腐蚀与耐磨损的合金涂层。

为了解决上述问题，本发明公开了一种激光复合热喷涂系统，包括：

待喷涂沉积涂层的基体，位于所述基体正上方且照射所述基体的脉冲激光束流系统、连续激光束流系统和热喷涂粒子束流喷枪系统；

所述脉冲激光束流系统，用于对所述基体表面发射脉冲激光束流，以清除所述基体表面的污染物和金属表面氧化膜；

所述连续激光束流系统，用于对所述基体表面发射连续激光束流，以调控热喷涂粒子束流沉积前的所述基体表面温度；

所述热喷涂粒子束流喷枪系统，用于产生喷涂沉积涂层所需要的所述热喷涂粒子束流，所述热喷涂粒子束流为熔融或半熔化状；

其中：所述脉冲激光束流、所述连续激光束流和所述热喷涂粒子束流按预设间距平行排列。