[发明专利]一种振荡激光-感应复合熔覆耐磨抗烧蚀铜基涂层方法及装置

权利要求书

1.一种振荡激光-感应复合熔覆耐磨抗烧蚀铜基涂层方法，其特征在于步骤为：

（1）对基材表面进行除油、除锈或电镀处理；将铜基复合粉末放置于自动送粉器的装料斗内；

其中，铜基复合粉末的化学成分为：Mo 10~30 wt.%，CNTs 1.0~3.0 wt.%，CeO₂ 0.5~1.2wt.%，TiB₂ 3.2~8.5 wt.%，Fe 5~20 wt.%，余量为Cu；

（2）调节感应加热线圈与基材表面之间的距离，使基材能够被有效地实现表面趋肤效应而被加热；其中，加热线圈与基材表面间距调节范围为2~10mm，感应加热功率调节范围为30~100kW，基材被感应加热的温度为300~800℃；

（3）将激光束与自动送粉器的粉末喷嘴定位于感应加热区内，实现激光热源与感应加热源的复合，利用粉末喷嘴将铜基复合粉末吹入复合热源形成的熔池内，开始实施高频振荡激光-感应复合熔覆，通过调节激光束功率、振荡频率与振幅来调控激光束在熔池内的搅拌强度，通过调节激光束扫描路径来调控熔池的流动方向；

激光功率为0.5~15 kW，复合熔覆速度为0.6~10 m/min，激光束振荡频率为20~5000Hz；以复合熔覆方向为X轴方向，位于基材表面铜基复合材料横向方向为Y轴，垂直于基材表面的方向为Z轴方向，激光束振幅为：X轴方向-3~3mm，Y轴方向-3~3mm，Z轴方向-6~6mm；

（4）当复合热源移开后，熔融的铜基复合粉末快速凝固结晶形成单道高强高导抗烧蚀铜基复合涂层，然后沿熔覆速度的垂直方向移动数控机床，其移动的距离为单道涂层宽度的70~30%；其中，铜基复合涂层具有软-硬-软相结构特征：第一个软相为富铜基体，硬相为富钼球状颗粒与富铁球状颗粒，第二个软相为均匀镶嵌于富钼球状颗粒与富铁球状颗粒内的富铜颗粒；

（5）当复合熔覆完一层之后，将激光头、感应加热线圈和粉末喷嘴返回到上一层加工时的起始位置，并沿Z轴上升上一层的厚度距离；

（6）检测涂层的厚度是否达到预期的厚度要求，如果没有，重复步骤（2）~（5），直到涂层达到所要求的厚度；否则，工作结束。

2.根据权利要求1所述的一种振荡激光-感应复合熔覆耐磨抗烧蚀铜基涂层方法，其特征在于：进行步骤（1）时，基材为铁合金、铜合金或铝合金，铁合金表面需要电镀厚度为5~40μm的镍磷合金，提高铁合金与铜基复合材料之间的结合强度。

3.根据权利要求1或2所述的一种振荡激光-感应复合熔覆耐磨抗烧蚀铜基涂层方法，其特征在于：激光束振荡扫描图形为圆形或螺旋形。

4.根据权利要求1或2所述的一种振荡激光-感应复合熔覆耐磨抗烧蚀铜基涂层方法，其特征在于：富铜基体具有体积比为92~97%的大角度晶界特征，球状富钼颗粒尺寸为5~20μm，球状富铁颗粒尺寸为5~30μm，均匀镶嵌于富钼球状颗粒与富铁颗粒内的富铜颗粒具有纳米孪晶结构，尺寸为5~30nm，孪晶片层厚为10~20nm。

5.一种实现权利要求1~4任一项所述的一种振荡激光-感应复合熔覆耐磨抗烧蚀铜基涂层方法的装置，其特征在于：该装置包括激光器、感应加热器、自动送粉器、高频振镜控制器、数控装置、机器人、加工机床、复合熔覆加工头与惰性气体保护罩；

所述数控装置分别与激光器、感应加热器、高频振镜控制器和运动机械电信号连接，激光器通过传输光纤与高频振镜聚焦装置连接；所述加工机床用于安装工件或复合熔覆加工头，实现其运动；复合熔覆加工头采用旁轴结构，包括振镜聚焦装置、送粉喷嘴、感应加热线圈和调节装置；调节装置用于调节激光束与粉末喷嘴的夹角，以及感应加热线圈与基材表面的距离；所述振镜聚焦装置内安装有用于激光束聚焦和振荡扫描的振镜镜组；所述激光器、感应加热器、自动送粉器、高频振镜控制器、数控装置、加工机床、复合熔覆加工头均位于惰性气体保护罩内；所述惰性气体保护罩内充有氩气。