[实用新型]一种激光复合冷喷涂高速沉积的冷喷涂设备

说明书

一种激光复合冷喷涂高速沉积的冷喷涂设备，包括喷枪、前置激光器、侧向激光器和后置激光器，喷枪悬于夹持在加工车床上的工件正上方，并且喷枪的喷嘴对准待加工的工件；前置激光器、侧向激光器和后置激光器设置在喷枪旁，使得前置激光器的前置激光光斑位于喷涂粉斑进给方向的前方，前置激光光斑和喷涂粉斑不重合；侧向激光器的侧向激光光斑与喷涂粉斑重合；后置激光器的后置激光光斑位于喷涂粉斑的后方，与粉斑不重合；经过冷喷涂之后在工件表面形成均匀的涂层。本实用新型的有益效果是：改善了冷喷涂涂层的结合不良、顶部多孔隙等问题，改善了涂层的综合性能，并且对比电镀技术沉积速率提高了数十倍，材料利用率高，制备过程对环境无污染。

技术领域

本实用新型属于激光复合加工领域，具体涉及一种激光复合冷喷涂高速沉积方法。

背景技术

在工业领域，我国大量的机械装备长期服役在恶劣的工况环境中，因其关键零部件被腐蚀、磨损而失效，对经济造成巨大的损失。因此需要对关键部件进行表面处理，赋予零件耐腐蚀、耐磨、抗疲劳等特性,延长其服役寿命。目前应用较多，较为成熟的表面处理工艺是电镀技术。然而传统的电镀技术镀层薄，镀层与基体的结合力弱，在实际工况中容易剥落。此外，电镀的溶液和烟尘中含有重金属，容易污染水、土壤和空气，对人类健康、自然环境来说，是一个很大的威胁，因此迫切需要新的技术来代替它。

冷喷涂，又称冷气动力喷涂，它以预热的压缩气体为加速介质，带动金属粉末颗粒在laval喷嘴中加速形成超音速的气-固两相流，固态的金属粉末颗粒高速撞击基体发生剧烈塑性变形，从而沉积在基体表面形成涂层。由于沉积机制和大尺寸喷涂粉斑，冷喷涂制备涂层沉积速率高，非常适用于大规模的沉积。冷喷涂层保留了原始粉末材料的成分，无相变。由于依靠粉末的塑性变形沉积，冷喷涂层内特别是涂层顶部容易存在结合不良产生的孔隙，表面也有较大的粗糙度，涂层的结合力相对较弱。激光加工技术是一种高热输入技术，相对冷喷涂，用激光制备的涂层内部致密，结合力高；然而在涂层内容易有相变、氧化、开裂等影响，对基体也有较大的热影响，且激光技术制备涂层的沉积效率低。

发明内容

本实用新型所述的一种激光复合冷喷涂高速沉积的冷喷涂设备，其特征在于：包括喷枪、前置激光器、侧向激光器和后置激光器，喷枪悬于夹持在加工车床上的工件正上方，并且喷枪的喷嘴对准待加工的工件；前置激光器、侧向激光器和后置激光器设置在喷枪旁，使得前置激光器的前置激光光斑位于喷涂粉斑进给方向的前方，前置激光光斑和喷涂粉斑不重合；侧向激光器的侧向激光光斑与喷涂粉斑重合；后置激光器的后置激光光斑位于喷涂粉斑的后方，与粉斑不重合；经过冷喷涂之后在工件表面形成均匀的涂层。

喷嘴为拉瓦尔喷嘴，距离工件表面距离10-50mm，根据拉瓦尔喷嘴的形状，喷出的粉斑是圆形或矩形；前置激光器是脉冲激光器或CO₂激光器中的一种；侧向激光器是光纤激光器或半导体激光器中的一种，光斑形状为是圆形，圆环形或矩形，激光头与喷枪法线方向所成角度范围为0-90°；后置激光器是光纤激光器、半导体激光器或CO₂激光器中的一种，并配备扫描振镜装置，光斑形状是圆形或矩形。

喷枪与三个激光器同步移动，即保持粉斑与光斑的位置相对固定。

本实用新型所述的一种激光复合冷喷涂高速沉积方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)固定工件；

2)调节喷枪，使喷嘴垂直工件表面，在工件表面喷出喷涂粉斑，并在喷枪前、侧、后部引入三束激光，以使得喷涂粉斑的前、侧、后部产生前置激光光斑、侧向激光光斑和后置激光光斑；调节三束激光的位置，使得前置激光光斑位于喷涂粉斑进给方向的前方，并与喷涂粉斑不重合；侧向激光光斑与喷涂粉斑重合；后置激光光斑位于喷涂粉斑的后方，并与喷涂粉斑不重合；加工过程中喷涂粉斑和三个激光光斑同步移动；

3)根据喷涂粉末材料，在冷喷涂设备控制面板中设置好载气压力、载气流量、载气预热温度和送粉器转速；