[发明专利]一种提升激光熔覆成型多孔金属零部件均匀性的方法

摘要

本发明属于增材制造技术领域，涉及一种提升激光熔覆成型多孔金属零部件均匀性的方法。激光器用于为激光熔覆过程提供能量来源，同时激光器还配有工业机器人辅助用于激光束的自由移动；同轴送粉器用于为激光熔覆过程稳定地输送金属与发泡剂的混合粉末，同轴送粉器搭载于激光器上；稳恒磁场发生器用于输出强度可调的定向均匀磁场，在搭载过程中，熔覆基体置于稳恒磁场发生器的居中位置；直流电源用于为基体材料输出电流值可调的直流电源，直流电源的正负极与熔覆基体相连通。本发明的方法可以在熔池内施加均匀的体积作用力，减小或者抵消气体的上浮力，使其在材料中的分布更为均匀。可以使得多孔金属材料中的气孔尺寸均有更好的一致性。

主权项

1.一种提升激光熔覆成型多孔金属零部件均匀性的方法，其特征在于，该方法所用的系统，包括激光器(1)、同轴送粉器(2)、稳恒磁场发生器(3)、直流电源(4)和熔覆基体(5)；激光器(1)用于为激光熔覆过程提供能量来源，同时激光器(2)还配有工业机器人辅助用于激光束的自由移动；同轴送粉器(2)用于为激光熔覆过程稳定地输送金属与发泡剂的混合粉末，同轴送粉器(2)搭载于激光器(1)上；稳恒磁场发生器(3)用于输出强度可调的定向均匀磁场，在搭载过程中，熔覆基体(5)置于稳恒磁场发生器(3)的居中位置；直流电源(4)用于为基体材料输出电流值可调的直流电源，直流电源(4)的正负极与熔覆基体(5)相连通；激光器(1)在熔覆基体(5)上进行熔覆动作的同时，同轴送粉器(2)为熔覆过程同步输送熔覆粉末；具体步骤如下：1)按照常规的清洗方法清洗熔覆基体(5)：将熔覆基体(5)浸没在丙酮溶液中，在30‑40℃温度下，用超声波清洗机清洗20‑25分钟，去除熔覆基体(5)表面污垢；清洗完成后，吹干熔覆基体(5)表面残留的丙酮溶液；2)将熔覆基体(5)置于稳恒磁场发生器(3)内，并用夹具进行固定，使其处在均匀分布的定向磁场环境中；3)将熔覆基体(5)与直流电源(4)的正负极相连通，在激光熔覆过程中，熔池内所受电磁力的方向竖直向上，此时由左手定则判断熔覆基体(5)与直流电源(4)正负极的接通方向；4)根据熔覆材料的特性及熔覆基体(5)的尺寸，调整稳恒磁场发生器(3)输出的磁场强度B，调整结束后用高斯计确认磁场强度；5)调整直流电源(4)的输出电流值I：因电磁力与重力均为体积力，用熔池(6)内电磁力F_安与重力G的比值K，衡量所选用的电磁力大小，K的计算方法如下：由此得：I＝Kρg(S_熔+S_零+S_基)/B在上述公式中，F_安为熔池所受电磁力，G为熔池所受重力，B为磁场强度，I_熔为熔池内通过的直流电流，L_熔为熔池长度，I为直流电源所输出的电流，S_熔为熔池截面积，ρ为基材密度，g为重力加速度，S_零为已熔覆成型的零部件截面积，S_基为基体截面积；在零部件的熔覆成型过程中，根据S_零的变化逐渐调整I值；选用K＞1，并根据实际的熔覆情况做调整；6)设置激光器(1)与同轴送粉器(2)的熔覆参数，在激光熔覆过程中，相较于常规的激光熔覆过程，熔池(6)在竖直方向上所受的体积力，除了常规重力G外，还增加了电磁力F_安的作用；此时，熔池(6)内气体的上浮力F_浮为：F_浮＝ρV_气g‑KρV_气g＝(1‑K)ρV_气g其中，V_气为熔池内气体的体积；未施加电磁力时，熔池(6)内气体的上浮力为ρV_气g，因而通过调整K值的大小，即调整磁场强度B与直流电流值I，熔池内的气体上浮力F_浮明显减小；因此，施加电磁力后，气体的上浮速度v₂将小于未施加电磁力时气体的上浮速度v₁，这使得在电磁力作用下，激光熔覆成型多孔金属零部件内的气孔分布具有更好的均匀性；此外由于电磁力的存在，使得熔池(6)各处气体所受的熔液压力差异减小，熔覆结束后，各处的气孔尺寸更加均匀；7)激光熔覆过程结束后，分别关闭激光器(1)，稳恒磁场发生器(3)与直流电源(4)，获取激光熔覆成型零部件。