激光与电共同加热的热喷涂装置的制作方法

本发明涉及一种激光热喷涂设备。

背景技术：

激光热喷涂是将从激光器发出的激光束聚焦在喷枪喷嘴近旁，喷涂粉末由压缩气体从喷嘴喷出，由激光束加热熔化，压缩气体将熔粒雾化、加速，喷射到基材表面形成涂层。热喷涂涂层具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温和隔热等优良性能，并能对磨损、腐蚀或加工超差引起的零件尺寸减小进行修复，在航空航天、机械制造、石油化工等领域中得到了广泛的应用。

激光热喷涂技术存在以下问题，涂层材料的抗热冲击性差、韧性差，激光功率过大使涂层材料急剧加热、冷却易产生裂纹；急剧加热使涂层中的气体膨胀形成气孔和裂纹等缺陷；涂层材料和基体材料相容性较差，热传导率低的涂层材料因局部加热而容易剥离。激光功率过小，未能达到涂层材料的熔点，达不到激光热喷涂的目的。

因此，想要实现低功率激光热喷涂，有效缓解涂层裂纹的产生和扩展，则需要一种激光与电共同加热的热喷涂方法及装置，本发明针对低功率激光热喷涂提出一种新的快速热喷涂方法及装置

技术实现要素：

为解决低功率激光热喷涂达不到涂层材料熔点，高功率激光热喷涂出现涂层材料产生裂纹等问题，本发明提供了一种激光与电共同加热的热喷涂装置。

本发明通过电阻圈预加热装置预加热金属粉末，进行低功率激光喷涂，获得界面结合力强、耐磨损、耐腐蚀、耐高温的喷涂涂层。

本发明的激光与电共同加热的热喷涂装置，包括激光出光系统，激光出光系统包括安装筒3和中心内筒1，中心内筒1设置在安装筒3内，安装筒3与中心内筒1同轴设置，中心内筒1的轴心线通过激光光束10，安装筒3的壁面内装有冷却装置2，中心内筒1穿出安装筒3下端的部分安装有回转体状的挡板4，挡板4与中心内筒1同轴；其特征在于：中心内筒1的下端呈锥体状，锥体的尖端开通孔，激光光束10穿过所述的通孔，通孔下面设置待加工的工件5；中心内筒1内安装有凸透镜6，凸透镜6的焦点位于所述的通孔；挡板4内安装有用于输送金属粉末的喷管8，喷管8连通中心内筒1；中心内筒1穿出挡板4下端的部分安装有电阻圈预加热装置7，电阻圈预加热装置7围绕中心内筒1。

优选地，挡板4上安装有多个喷管8，各喷管8在挡板4的周向均匀设置。

优选地，喷管8通入中心内筒1的位置在凸透镜6之下。

本发明将高压金属粉末电预加热，再经过激光照射后进一步提高金属粉末温度，使粉末在出口端熔化，并滴落在工件5上，冷却、凝固。

本发明的优点是：可以进行低功率激光喷涂，获得界面结合力强、耐磨损、耐腐蚀、耐高温的喷涂涂层；热喷涂工艺及装置效率高，喷涂表面形貌好。

附图说明

下面参照附图结合实例对本发明作进一步描述，附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的结构示意图。

具体实施措施

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

本发明提供了一种激光与电共同加热的热喷涂装置，包括激光出光系统，激光出光系统包括安装筒3和中心内筒1，中心内筒1设置在安装筒3内，安装筒3与中心内筒1同轴设置，中心内筒1的轴心线通过激光光束10，安装筒3的壁面内装有冷却装置2，中心内筒1穿出安装筒3下端的部分安装有回转体状的挡板4，挡板4与中心内筒1同轴；其特征在于：中心内筒1的下端呈锥体状，锥体的尖端开通孔，激光光束10穿过所述的通孔，通孔下面设置待加工的工件5；中心内筒1内安装有凸透镜6，凸透镜6的焦点位于所述的通孔；挡板4内安装有用于输送金属粉末的喷管8，喷管8连通中心内筒1；中心内筒1穿出挡板4下端的部分安装有电阻圈预加热装置7，电阻圈预加热装置7呈环状，围绕中心内筒1。

挡板4上安装有多个喷管8，各喷管8在挡板4的周向均匀设置。实际使用时，喷管8连接的送粉器连接高压气源，以便将金属粉末吹送进中心内筒1。喷管8通过喷管按照螺栓9连接挡板4。

喷管8通入中心内筒1的位置在凸透镜6之下。

电阻圈预加热装置7环绕在激光出光系统下端四周，电预热粉末，使金属粉末颗粒温度达到其熔点温度的0.2-0.7倍，不熔化，再通过激光作用下使金属粉末温度进一步提高达到其熔化温度，熔化于出口端并滴落在基体表面。

其中，冷却装置可对激光出光系统进行冷却，保护激光器

其中，电阻圈预加热装置可以对不同粉末加热，适用范围广

其中，金属粉末经电阻线圈与激光加热后熔化于工件的基体上方，并滴落于工件的基体表面。

本发明装置的使用步骤如下：

(1)由于金属粉末颗粒足够小(约为35μm)，即认为金属粉末颗粒的温度是均匀一致的，假设金属粉末颗粒迎光面和背光面没有差异，激光束光强为均匀分布。

(2)根据颗粒熔化所需的温度，将电阻圈预加热装置温度设置为金属粉末颗粒熔点温度的0.2-0.7倍，然后经低功率激光照射后，使金属粉末颗粒温度进一步提高达到其熔化温度。

(3)工件的基体表面采用砂纸进行打磨处理，去除表面铁锈及氧化层，再用无水乙醇清洗，去除油脂和污渍，保证激光喷涂过程中不会混入杂质，吹干待用。

(4)将金属粉末烘干，将金属粉末放置送粉器内，金属粉末粒子速度范围低于音速，大于60m/s；连接激光出光系统的光路系统、冷却装置，冷却装置采用水冷系统，激光光斑直径是10mm。

(5)连接电阻圈预加热装置，将金属粉末加热至其熔点温度的0.2-0.7倍。

(6)使用激光器进行激光喷涂，通过电阻圈预加热装置加热的粉末颗粒，经过低功率激光聚焦后加热，使其温度进一步升高，达到熔化温度并滴落于工件表面形成喷涂涂层。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。