一种激光冷喷涂制备铝涂层的方法与装置

摘要

本发明专利涉及冷喷涂制备涂层技术领域。特指一种激光冷喷涂制备铝涂层的方法与装置。高速气体加速金属粉末进入粉末输送管道，激光束由激光系统发出通过光纤管进入粉末输送管道，调节激光光斑大小与输出粉末束的直径即喷枪口直径相一致，激光束加热铝粉末粒子快速达到喷涂的临界温度。粉末温度的监控由温度检测控制系统监测并反馈回激光系统，激光系统根据温度监测系统反馈的温度并结合粉末粒子的临界温度值和对激光的吸收效率自动调节功率大小，使得喷涂铝粒子温度维持在400℃的临界温度进行喷涂。到达临界温度的铝粉末粒子由气体加速器对其再次进行加速并通过喷枪和超音速喷管被冲击到基体金属S355钢表面形成涂层。

权利要求

1.利用激光冷喷涂制备铝涂层的装置冷喷涂制备铝涂层的方法，所述装置包括：激光输出系统、温度检测控制系统、送粉器、气体加速器、喷枪、超音速喷管和飞溅粒子回收装置；送粉器通过粉末输送管道与喷枪连接，激光输出系统通过光纤管接入粉末输送管道，气体加速器通过管道接入粉末输送管道，超音速喷管位于喷枪前方并位于飞溅粒子回收装置的密闭喷涂室内，飞溅粒子回收装置的尾部设有排风扇；温度检测控制系统用于监测激光输出系统发出的激光束加热的铝粉末粒子的温度并反馈给激光输出系统，其特征在于，高速气体加速铝粉末粒子进入粉末输送管道，激光束由激光输出系统发出通过光纤管进入粉末输送管道，激光束加热铝粉末粒子快速达到喷涂的临界温度；到达临界温度的铝粉末粒子由气体加速器对其再次进行加速并通过喷枪和超音速喷管被冲击到基体金属S355钢表面形成涂层。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，粉末输送管道为耐高温不锈钢管以满足高温铝粉末粒子的输送条件。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，调节激光光斑大小与输出粉末束的直径即喷枪口直径相一致。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，粉末温度的监控由温度检测控制系统监测并反馈回激光输出系统，激光输出系统根据温度检测控制系统反馈的温度并结合粉末粒子的临界温度值和对激光的吸收效率自动调节功率大小，使得喷涂铝粒子温度维持在400℃的临界温度进行喷涂；激光功率范围设置在400 800W，能够在喷涂过程中对加热温度进行调~整。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，喷涂在密闭喷涂室内进行，喷涂过程中未冲击到基体表面而脱落的粒子由飞溅粒子回收装置回收，喷涂结束后，密闭喷涂室内的粉尘粒子由排风扇排出。

说明书

一种激光冷喷涂制备铝涂层的方法与装置

技术领域

[0001] 本发明专利涉及冷喷涂制备涂层技术领域，该技术是将粒子加热到临界温度，由高速气体将金属粒子加速到超音速，和基体发生撞击过程产生塑性变形与基体形成机械镶嵌式结合，是一种新型的铝涂层的制备方法。

背景技术

[0002] 冷喷涂设备所采用的加热系统大多为空气加热器，传统的空气加热器是通过加热电阻丝将空气流从初始温度加热到所需要的空气温度，但加热效率低，加热时间长和加热不均匀是其主要弊端。本发明专利采用激光对粉末进行预加热，能够有效地提高加热粉末的效率，减少能量损耗，使得高速冷喷涂粉末快速达到临界温度，冲击基体形成涂层。

发明内容

[0003] 本发明涉及的冷喷涂系统装置如图1所示，包括：激光输出系统、温度检测控制系统、送粉器、气体加速器、喷枪、超音速喷管和飞溅粒子回收装置。送粉器通过粉末输送管道与喷枪连接，激光输出系统通过光纤管接入粉末输送管道，气体加速器通过管道通过接入粉末输送管道，超音速喷管位于喷枪前方并位于飞溅粒子回收装置的密闭喷涂室内，飞溅粒子回收装置的尾部设有排风扇。温度检测控制系统用于监测激光输出系统发出的激光束加热的铝粉末粒子的温度并反馈给激光输出系统。

[0004] 高速气体加速铝粉末粒子进入粉末输送管道，激光束由激光系统发出通过光纤管进入粉末输送管道，粉末输送管道为耐高温不锈钢管以满足高温铝粉末粒子的输送条件，调节激光光斑大小与输出粉末束的直径即喷枪口直径相一致，激光束加热铝粉末粒子快速达到喷涂的临界温度。粉末温度的监控由温度检测控制系统监测并反馈回激光系统，激光系统根据温度监测系统反馈的温度并结合粉末粒子的临界温度值和对激光的吸收效率自动调节功率大小，使得喷涂铝粒子温度维持在400℃的临界温度进行喷涂。激光功率范围设置在400～800W，能够在喷涂过程中对加热温度进行调整。到达临界温度的铝粉末粒子由气体加速器对其再次进行加速并通过喷枪和超音速喷管被冲击到基体金属S355钢表面形成涂层。喷涂在密闭喷涂室内进行，喷涂过程中未冲击到基体表面而脱落的粒子由飞溅粒子回收装置回收。喷涂结束后，密闭喷涂室内的粉尘粒子由排风扇排出。

[0005] 本发明专利主要特征：

[0006] (1)在冷喷涂设备中，采用激光为加热源能够扩大冷喷涂技术的应用范围，如可以应用于陶瓷涂层的喷涂。

[0007] (2)采用激光和温度监控系统可以精准的控制和调节粉末粒子的加热温度。

[0008] (3)采用激光作为加热源能够提高加热的速度，并且能够有效地使粉末粒子受热更加均匀。

附图说明

[0009] 图1激光冷喷涂系统。

[0010] 1.激光输出系统；2.送粉器；3.气体加速器；4.温度检测控制系统；5.喷枪；6.超音速喷管；7.涂层；8.基体；9.飞溅粒子回收装置；10.密闭喷涂室；11.排风扇。

[0011] 图2激光冷喷涂铝涂层的表面与界面形貌。

具体实施方式

[0012] (1)使用180#-1000#砂纸对基材S355钢表面进行打磨，用无水乙醇清洗，丙酮脱脂，以去掉试样表面油脂和杂物，确保基材表面清洁度达到Sa3级；

[0013] (2)使用粒径为1mm铸铁砂为磨粒，压缩空气压力＞0.8MPa，喷砂距离为200mm，喷砂角度为20°，使精糙度到达Rz 60μm；

[0014] (3)如图1所示，高速气体将送粉器内纯铝粉颗粒输送喷涂管道，铝粉末为WFT1532型纯铝粉，直径为20-45μm。送粉器内参数：压力3.5MPa，送分量1L/min。设置喷枪枪速200mm/s，喷枪与试样距离40mm。

[0015] (4)根据喷涂的铝涂层厚度要求，设置激光参数，光斑直径3.5mm，即与喷枪口直径相一致。参考铝粉对激光的吸收率和铝粉的临界温度，设置激光功率为500W，将铝粉温度控制在400℃，喷涂过程中激光功率可根据温度检测器的反馈做出调整。

[0016] (5)激光加热后的铝颗粒通过喷枪冲击到基体S355钢表面形成致密的铝涂层，铝粉末粒子未发生熔融现象，形成的铝涂层的孔隙率低，如图2(a)所示。铝涂层厚度为250μm，与基体结合性能好，无孔隙，如图2(b)所示。