本發(fā)明屬于表面強(qiáng)化技術(shù)領(lǐng)域，具體公開(kāi)了一種振蕩激光?感應(yīng)復(fù)合熔覆耐磨抗燒蝕銅基涂層方法及裝置。高頻振蕩激光熱源與高頻感應(yīng)加熱源耦合形成復(fù)合熔覆熱源；自動(dòng)送粉器將銅基復(fù)合粉末同步送入復(fù)合熔覆熱源在基材表面形成的熔池內(nèi)；激光束在熔池內(nèi)作有規(guī)則的高頻掃描運(yùn)動(dòng)，形成強(qiáng)烈攪拌效應(yīng)，控制熔池有序流動(dòng)；復(fù)合熔覆之后，快速凝固形成高性能銅基復(fù)合材料。本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)激光振幅、頻率和功率而實(shí)現(xiàn)熔池尺寸與攪拌強(qiáng)度的調(diào)控，通過(guò)規(guī)劃掃描路徑控制熔池有序流動(dòng)的方向，具有消除氣孔與裂紋、降低熔池溫度梯度、細(xì)化晶粒與提高強(qiáng)韌性等優(yōu)點(diǎn)，制備的銅基涂層具有高強(qiáng)高導(dǎo)、耐磨損與抗燒蝕等優(yōu)異性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種振蕩激光-感應(yīng)復(fù)合熔覆耐磨抗燒蝕銅基涂層方法及裝置，屬于表面強(qiáng)化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

激光熔覆技術(shù)是采用高能密度激光束在基材表面熔化一層特殊性能的材料，以改善其表面性能的工藝，這種工藝可以用單獨(dú)的軌跡相互交疊覆蓋而實(shí)現(xiàn)大面積改性，具有熔覆層稀釋率低、組織致密、冶金缺陷少、性能優(yōu)異、尺寸大小與位置精確可控、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。但是，激光熔覆效率低以及熔覆層易產(chǎn)生氣孔與裂紋，極大地限制了激光熔覆技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。

激光-感應(yīng)復(fù)合熔覆技術(shù)將高能密度激光束與高頻感應(yīng)加熱源實(shí)現(xiàn)復(fù)合，大幅度提高基材對(duì)激光束能量的吸收率，極大地降低熔覆過(guò)程的溫度梯度，可以在加工效率相對(duì)單獨(dú)激光熔覆效率提高1～5倍的條件下，制備高性能無(wú)裂紋涂層，是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型表面強(qiáng)化技術(shù)。

銅及銅合金具有高導(dǎo)電率、高韌性等特點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域具有十分重要的應(yīng)用。但是，強(qiáng)度低、耐磨性差以及抗燒蝕性弱等特點(diǎn)，極大地限制了銅及銅合金在冶金、國(guó)防等領(lǐng)域關(guān)鍵部件要求高強(qiáng)高導(dǎo)、高耐磨及抗燒蝕等領(lǐng)域的應(yīng)用。相對(duì)于開(kāi)發(fā)新型銅及銅合金體系而言，采用防護(hù)性涂層是提高銅及銅合金表面性能最有效的方法之一。例如，周圣豐等人采用激光-感應(yīng)復(fù)合熔覆技術(shù)在銅合金表面制備了碳納米管與富鐵顆粒復(fù)合增強(qiáng)銅基涂層，該涂層具有優(yōu)異的導(dǎo)熱與耐磨性能(Scripta Materialia 76(2014)25-28)。盡管激光-感應(yīng)復(fù)合熔覆效率與銅基涂層性能有了極大提高，但是激光-感應(yīng)復(fù)合熔覆熱源在基材表面形成的熔池內(nèi)，存在無(wú)法調(diào)控的對(duì)流與湍流，導(dǎo)致銅基涂層內(nèi)不可避免地存在氣孔、組織不均勻性與性能各向異性。

激光振鏡是當(dāng)前最有效的振蕩激光掃描技術(shù)，它通過(guò)鏡組中光學(xué)鏡片的偏轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)激光束快速定位和位置切換，其中定位與切換時(shí)間幾乎為零，高頻振蕩頻率可達(dá)5kHz，而且振蕩激光掃描速路徑可通過(guò)計(jì)算機(jī)程序任意規(guī)劃。目前，將高頻振蕩激光束引入到激光-感應(yīng)復(fù)合熔覆工藝中，并在加工效率相對(duì)單獨(dú)激光熔覆效率提高1～5倍的條件下，實(shí)現(xiàn)無(wú)裂紋、高耐磨、抗燒蝕銅基涂層的制備，還未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：將高頻振蕩激光束代替常規(guī)非振蕩激光束，并引入到激光-感應(yīng)復(fù)合熔覆工藝中，通過(guò)激光束高頻振蕩產(chǎn)生的攪拌效應(yīng)而增強(qiáng)熔池對(duì)流，實(shí)現(xiàn)熔池內(nèi)攪拌強(qiáng)度與對(duì)流的有效調(diào)控，提高熔池內(nèi)熱量分布均勻性，達(dá)到細(xì)化晶粒、降低裂紋率與氣孔率、改善強(qiáng)韌性以及消除組織不均勻性與性能各向異性之目的。

本發(fā)明提供的一種振蕩激光-感應(yīng)復(fù)合熔覆耐磨抗燒蝕銅基涂層方法，包括以下步驟：

(1)對(duì)基材表面進(jìn)行除油、除銹或電鍍處理；將銅基復(fù)合粉末放置于自動(dòng)送粉器的裝料斗內(nèi)；其中，銅基復(fù)合粉末的化學(xué)成分為：Mo 10～30wt.％，CNTs1.0～3.0wt.％，CeO₂0.5～1.2wt.％，TiB₂ 3.2～8.5wt.％，F(xiàn)e 5～20wt.％，余量為Cu；

(2)調(diào)節(jié)感應(yīng)加熱線圈與基材表面之間的距離，使基材能夠被有效地實(shí)現(xiàn)表面趨膚效應(yīng)而被加熱；其中，加熱線圈與基材表面間距調(diào)節(jié)范圍為2～10mm，感應(yīng)加熱功率調(diào)節(jié)范圍為30～100kW，基材被感應(yīng)加熱的溫度為300～800℃；