一种激光热喷涂制备非晶铝涂层的方法与装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106399897A(43)申请公布日2017.02.15(21)申请号201610841478.6(22)申请日2016.09.22(71)申请人常州大学地址213164江苏省常州市武进区滆湖路1号(72)发明人孔德军盛天原王文昌宋仁国刘伟张棱(51)Int.Cl.C23C4/123(2016.01)C23C4/08(2016.01)权利要求书1页说明书2页附图4页(54)发明名称一种激光热喷涂制备非晶铝涂层的方法与装置(57)摘要本发明涉及海洋平台用S355钢表面改性处理技术领域，特指S355钢表面激光热喷涂非晶铝涂层的方法与装置。在喷涂前对S355钢进行喷砂预处理，根据不同的喷涂厚度要求和S355钢形状要求，确定工作台移动速度、距离以及喷涂时间，移动速度为15-25mm/s，移动距离即为S355钢加工方向的长度，一次喷涂时间即为S355钢长度/移动速率，该喷涂方法一次可在S355钢表面形成100μm厚的非晶铝涂层，200μm厚的非晶铝涂层需要喷涂2次；将喷涂非晶铝涂层的S355钢放入真空炉中，进行350±5℃的热扩散保温2h后，随炉冷却，即得到所需的非晶铝涂层。CN106399897ACN106399897A权利要求书1/1页1.一种激光热喷涂制备非晶铝涂层的装置，其特征在于：按照激光发射的方向依次包括激光系统、光学系统、送粉系统、气体保护系统和工作台；光学系统能够把激光系统发出的激光聚焦成直径为3-5mm的圆形激光束；送粉系统包括全水冷送粉头，全水冷送粉头前段位于激光聚焦处，激光对全水冷送粉头送出的纯铝粉颗粒进行加热熔化；气体保护系统包括气帘室和喷嘴，在激光系统的激光头底端连接有气帘室，气帘室的底端连接有喷嘴，气帘室、喷嘴与激光系统的激光头为同轴设置，激光头内设有激光束通道，气帘室、喷嘴的中间均设有与激光束通道相对应的气帘室通道和喷嘴通道；S355钢安装在工作台上，位于激光聚焦处的下方。2.如权利要求1所述的一种激光热喷涂制备非晶铝涂层的装置，其特征在于：所述光学系统为F7卡斯格林光学系统；纯铝粉颗粒为200目。3.如权利要求1所述的一种激光热喷涂制备非晶铝涂层的装置，其特征在于：工作台上的S355钢距离激光聚焦处的距离根据气体保护装置中喷嘴吹出的氩气保护气体速度和铝涂层冷却速度决定；氩气流速度为0.617-1.59g/s，铝涂层冷却速度为在103-106K/s，S355钢试样距离激光聚焦处或者说S355钢试样与气体保护装置最底端喷嘴的距离在10-15mm；全水冷送粉头内径为Ф3mm，保护气嘴内径为Ф8mm。4.采用如权利要求1所述装置进行激光热喷涂制备非晶铝涂层的方法，其特征在于：在喷涂前对S355钢进行喷砂预处理，根据不同的喷涂厚度要求和S355钢形状要求，确定工作台移动速度、距离以及喷涂时间，移动速度为15-25mm/s，移动距离即为S355钢加工方向的长度，一次喷涂时间即为S355钢长度/移动速率，该喷涂方法一次可在S355钢表面形成100μm厚的非晶铝涂层，200μm厚的非晶铝涂层需要喷涂2次；将喷涂非晶铝涂层的S355钢放入真空炉中，进行350±5℃的热扩散保温2h后，随炉冷却，即得到所需的非晶铝涂层。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)使用180#-1000#砂纸对S355钢试样表面进行打磨，用无水乙醇清洗，丙酮脱脂，以去掉试样表面油脂和杂物，确保试样表面清洁度达到Sa3级；(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Rz60μm；(3)将200目的纯铝粉颗粒装入全水冷送粉头，将水冷送粉头与激光系统激光头分别固定；加工时，激光束经过F7卡斯格林光学系统聚焦至一点，同时铝粉颗粒送至激光聚焦处，并被瞬间加热至熔融态，气体保护系统将气帘室中的氩气保护气通过喷嘴吹出，在熔融态铝粉雾化同时，有效地隔绝铝涂层与空气接触，防止涂层的氧化；气体保护系统采用同轴吹气装置，随激光头做任意方向的运动；(4)根据喷涂的非晶铝涂层厚度要求，设置激光参数，即激光功率为1800W，光斑直径3.5mm，调整S355钢试样与气体保护装置最底端喷嘴的距离，使得喷涂一次非晶铝涂层的涂层宽度为45-55mm；S355钢试样移动速度为15-25mm/s，保证涂层的厚度与均匀；(5)激光头在加工时位置保持不变，在S355钢表面喷涂一层非晶铝涂层，再次回到原点重复喷涂直至达到规定厚度；喷涂后涂层存孔隙，喷涂结束后将S355钢放入真空炉中进行2h热扩散保温后随炉冷却，热扩散温度控制在350±5℃。2CN106399897A说明书1/2页一种激光热喷涂制备非晶铝涂层的方法与装置技术领