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一种激光增材非晶 合金的制备方法

阅读：1014发布：2021-03-06

专利汇可以提供一种激光增材非晶合金的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种激光增材非晶合金的制备方法，是针对非晶合金块体制备尺寸的限制，采用非晶态带状合金，激光增材技术，制备非晶合金块体，此制备方法工艺新颖先进，数据准确翔实，激光增材技术效果好，质量高，耐磨性比碳素钢基体提高4倍，是先进的制备非晶合金块体的方法。，下面是一种激光增材非晶合金的制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种激光增材非晶合金的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：碳素钢板、铁基非晶薄带、二氧化碳、氮气、氩气、无水乙醇，其组合准备用量如下：以毫米、毫升、厘米3为计量单位
制备方法如下：
(1)表面预处理碳素钢板
①以碳素钢板为基板，将碳素钢板置于钢质平板上，打磨修整碳素钢板正反表面及周边，确定工作表面；
②在喷砂机上，用石英砂喷砂粗化处理碳素钢板工作表面，表面粗糙度为Ra0.16-0.32μm；
③用无水乙醇擦洗碳素钢工作表面及周边，使其洁净，擦洗后晾干；
(2)非晶薄带表面预处理
用无水乙醇清洗非晶薄带表面，使其洁净，擦洗后晾干；
(3)碳素钢板表面预置非晶薄带
①将碳素钢板置于激光机的工作台上，工作表面朝上，调整好激光机的X、Y、Z坐标距离，并固定；
②将第一层铁基非晶薄带平展预置于碳素钢板工作表面，并在两端面固定；
③调整氩气管角度，氩气管对准激光聚焦点；
④调整聚焦镜激光束尖端垂直对准碳素钢板工作表面，调整激光束与碳素钢板预置的非晶薄带表面焦距为70mm；
(4)碳素钢板表面激光增材非晶薄带
①调整激光机的激光镜、反射镜、聚焦镜角度、聚焦镜垂直对准非晶薄带上部；
②安装调整氩气瓶、氩气管位置及角度，氩气管与聚焦光束的夹角为30°；
③开启二氧化碳气体瓶、氮气瓶、氩气瓶，向激光发生器内输入混合气体，气体混合比例为：二氧化碳气体：氮气：氩气＝1:8:7，混合气体输入速度为300cm3/min；
④开启冷却水箱，向激光发生器内输入冷却水，并循环冷却；
⑤开启激光机控制器，激光发生器发出激光，激光光束通过激光镜、反射镜、聚焦镜照射到非晶薄带上部表面，进行激光熔覆：
激光波长：10.6μm；
激光束输出功率：1-2KW；
光斑直径：2mm；
正离焦量：+20mm；
扫描速度：450mm/min；
瞬时固熔时间：0.1s；
⑥开启第一氩气瓶，对激光熔覆进行气体保护，氩气输入速度200cm3/min；
(5)激光束扫描照射固熔后，铁基非晶薄带在碳素钢板工作表面逐层堆积熔覆，形成非晶合金块体材料；
①激光束扫描照射非晶薄带、碳素钢板后，非晶薄带在碳素钢板表面固化，然后在25℃下冷却；
继续在熔覆层表面铺设第二层非晶薄带，继续用激光束进行照射固化，然后在25℃下冷却；
逐层在熔覆层表面铺设，继续用激光束进行照射固熔，每次均在25℃冷却；
非晶薄带铺设层共30层，激光束照射固熔30次，每次冷却温度均为25℃；
②将冷却固化的铁基非晶合金块体置于玻璃平板上，用细砂纸打磨铁基非晶合金块体表面，表面粗糙度为Ra 0.16-0.32μm；
③将打磨的铁基非晶合金块体置于抛光机上进行抛光，抛光剂为金刚石研磨膏，抛光材料为尼龙布，抛光机转速500r/min,抛光时间30min；
④清洗，用无水乙醇清洗铁基非晶合金块体表面，清洗后晾干；
(6)检测、分析、表征
对激光增材成形的铁基非晶合金块体表面进行形貌、物相分析和表征；
用扫描电镜对铁基非晶合金块体表面形貌进行观察分析；
用X射线衍射仪对铁基非晶合金块体表面进行物相分析；
结论：
激光增材制造的铁基非晶合金块体主要由非晶形态组成，附有少量晶体，耐磨性比碳素钢基体提高4倍。
2.根据权利要求1所述的一种激光增材非晶合金的制备方法，其特征在于：激光增材非晶合金是在激光焊机上进行的，激光机座(3)上部为碳素钢板(1)，碳素钢板(1)上置放非晶薄带(2)；激光机座(3)左部设有第二氩气瓶(7)、第二氩气瓶(7)上部设有第二氩气阀(6)、第二氩气管(5)，并由支架(4)支撑；在激光机座(3)左部设有二氧化碳气体瓶(14)、氮气瓶(15)、第一氩气瓶(16)，二氧化碳气体瓶(14)上部设有二氧化碳气体阀(17)及二氧化碳气体管(20)，氮气瓶(15)上部设有氮气阀(18)及氮气管(21)，第一氩气瓶(16)上部设有第一氩气阀(19)及第一氩气管(22)；在激光机座(3)的左上部设有激光发生器(8)，激光发生器(8)左部连接冷却水箱(23)、左下部连接二氧化碳气体管(20)、氮气管(21)、第一氩气管(22)；激光发生器(8)右部设有激光镜(9)，激光镜(9)右部设有反射镜(10)，反射镜(10)下部垂直设有聚焦镜(11)，聚焦镜(11)下部通过聚焦光束(24)对准碳素钢板(1)及其上的非晶薄带(2)；在激光机座(3)的右部设有激光机控制器(12)，激光机控制器(12)通过第一导线(13)连接激光发生器(8)、通过第二导线(25)连接激光机座(3)。

说明书全文

一种激光增材非晶合金的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种激光增材非晶合金的制备方法，属非晶态合金制备及应用的技术领域。

背景技术

[0002] 非晶合金具有高强度、高硬度、高耐磨耐腐蚀性、低的杨氏模量等特点，使非晶合金材料在工业喷涂、国防、体育器材、医疗器械和航空航天等领域得到了广泛的应用。

[0003] 目前，非晶合金的制备方法主要有金属模铸造法、水淬法、定向凝固法、吸铸法等，这些方法制备的非晶合金大多为薄膜、细丝、条状和粉末等形式，这些传统的非晶合金的制备方法限制了非晶合金材料的尺寸，从而限制了非晶合金材料的实际应用，所以非晶合金块体的尺寸限制就成了亟待解决的问题。

[0004] 激光具有快速加热、快速冷却的特点，激光增材制造过程在惰性气体保护下进行，可满足激光在熔化原材料后形成非晶相的冷却条件；激光增材制造过程通过高能密度激光束扫描、熔化材料，对原始材料逐层熔覆堆积，在三维尺度上增材制造非晶合金块体，激光增材制造技术可突破非晶合金块体制造尺寸局限，扩大非晶合金材料的实际应用范围，此项技术还在科学研究中。

发明内容

[0005] 发明目的

[0006] 本发明的目的是针对背景技术的状况，采用非晶薄带为原料，利用激光增材制造技术，制备大尺寸非晶合金块体，以解决非晶合金块体尺寸受限制的问题，扩大非晶合金材料的实际应用范围。

[0007] 技术方案

[0008] 本发明使用的化学物质材料为：碳素钢板、铁基非晶薄带、二氧化碳、氮气、氩气、无水乙醇，其组合准备用量如下：以毫米、毫升、厘米3为计量单位

[0009]

[0010] 制备方法如下：

[0011] (1)表面预处理碳素钢板

[0012] ①以碳素钢板为基板，将碳素钢板置于钢质平板上，打磨修整碳素钢板正反表面及周边，确定工作表面；

[0013] ②在喷砂机上，用石英砂喷砂粗化处理碳素钢板工作表面，表面粗糙度为Ra0.16-0.32μm；

[0014] ③用无水乙醇擦洗碳素钢工作表面及周边，使其洁净，擦洗后晾干；

[0015] (2)非晶薄带表面预处理

[0016] 用无水乙醇清洗非晶薄带表面，使其洁净，擦洗后晾干；

[0017] (3)碳素钢板表面预置非晶薄带

[0018] ①将碳素钢板置于激光机的工作台上，工作表面朝上，调整好激光机的X、Y、Z坐标距离，并固定；

[0019] ②将第一层铁基非晶薄带平展预置于碳素钢板工作表面，并在两端面固定；

[0020] ③调整氩气管角度，氩气管对准激光聚焦点；

[0021] ④调整聚焦镜激光束尖端垂直对准碳素钢板工作表面，调整激光束与碳素钢板预置的非晶薄带表面焦距为70mm；

[0022] (4)碳素钢板表面激光增材非晶薄带

[0023] ①调整激光机的激光镜、反射镜、聚焦镜角度、聚焦镜垂直对准非晶薄带上部；

[0024] ②安装调整氩气瓶、氩气管位置及角度，氩气管与聚焦光束的夹角为30°；

[0025] ③开启二氧化碳气体瓶、氮气瓶、氩气瓶，向激光发生器内输入混合气体，气体混合比例为：二氧化碳气体：氮气：氩气＝1:8:7，混合气体输入速度为300cm3/min；

[0026] ④开启冷却水箱，向激光发生器内输入冷却水，并循环冷却；

[0027] ⑤开启激光机控制器，激光发生器发出激光，激光光束通过激光镜、反射镜、聚焦镜照射到非晶薄带上部表面，进行激光熔覆：

[0028] 激光波长：10.6μm；

[0029] 激光束输出功率：1-2KW；

[0030] 光斑直径：2mm；

[0031] 正离焦量：+20mm；

[0032] 扫描速度：450mm/min；

[0033] 瞬时固熔时间：0.1s；

[0034] ⑥开启第一氩气瓶，对激光熔覆进行气体保护，氩气输入速度200cm3/min；

[0035] (5)激光束扫描照射固熔后，铁基非晶薄带在碳素钢板工作表面逐层堆积熔覆，形成非晶合金块体材料；

[0036] ①激光束扫描照射非晶薄带、碳素钢板后，非晶薄带在碳素钢板表面固化，然后在25℃下冷却；

[0037] 继续在熔覆层表面铺设第二层非晶薄带，继续用激光束进行照射固化，然后在25℃下冷却；

[0038] 逐层在熔覆层表面铺设，继续用激光束进行照射固熔，每次均在25℃冷却；

[0039] 非晶薄带铺设层共30层，激光束照射固熔30次，每次冷却温度均为25℃；

[0040] ②将冷却固化的铁基非晶合金块体置于玻璃平板上，用细砂纸打磨铁基非晶合金块体表面，表面粗糙度为Ra 0.16-0.32μm；

[0041] ③将打磨的铁基非晶合金块体置于抛光机上进行抛光，抛光剂为金刚石研磨膏，抛光材料为尼龙布，抛光机转速500r/min,抛光时间30min；

[0042] ④清洗，用无水乙醇清洗铁基非晶合金块体表面，清洗后晾干；

[0043] (6)检测、分析、表征

[0044] 对激光增材成形的铁基非晶合金块体表面进行形貌、物相分析和表征；

[0045] 用扫描电镜对铁基非晶合金块体表面形貌进行观察分析；

[0046] 用X射线衍射仪对铁基非晶合金块体表面进行物相分析；

[0047] 结论：

[0048] 激光增材制造的铁基非晶合金块体主要由非晶形态组成，附有少量晶体，耐磨性比碳素钢基体提高4倍。

[0049] 有益效果

[0050] 本发明与背景技术相比具有明显的先进性，是针对非晶合金块体制备尺寸的限制，采用非晶态带状合金，激光增材技术，制备非晶合金块体，此制备方法工艺新颖先进，数据准确翔实，激光增材技术效果好，质量高，耐磨性比碳素钢基体提高4倍，是先进的制备非晶合金块体的方法。附图说明

[0051] 图1、激光增材非晶合金块体示意图

[0052] 图2、激光增材非晶合金块体表面形貌图

[0053] 图3、激光增材非晶合金块体X射线衍射强度图谱

[0054] 图中所示，附图标记清单如下：

[0055] 1、碳素钢板，2、非晶薄带，3、激光机座，4、支架，5、第二氩气管，6、第二氩气阀，7、第二氩气瓶，8、激光发生器，9、激光镜，10、反射镜，11、聚焦镜，12、激光机控制器，13、第一导线，14、二氧化碳气瓶，15、氮气瓶，16、第一氩气瓶，17、二氧化碳气体阀，18、氮气阀，19、第一氩气阀，20、二氧化碳气体管，21、氮气管，22、第一氩气管，23、冷却水箱，24、聚焦光束，25、第二导线。

具体实施方式

[0056] 以下结合附图对本发明做进一步说明：

[0057] 图1所示，为制备激光增材非晶合金块体示意图，各部位置要正确，按量配制，按序操作。

[0058] 制备使用的化学物质材料的量值是按预先设置的规格、工作表面积、熔覆非晶层确定的，以毫米、毫升、厘米3为计量单位。

[0059] 激光增材非晶合金是在激光焊机上进行的，激光机座3上部为碳素钢板1，碳素钢板1上置放非晶薄带2；激光机座3左部设有第二氩气瓶7、第二氩气瓶7上部设有第二氩气阀6、第二氩气管5，并由支架4支撑；在激光机座3左部设有二氧化碳气体瓶14、氮气瓶15、第一氩气瓶16，二氧化碳气体瓶14上部设有二氧化碳气体阀17及二氧化碳气体管20，氮气瓶15上部设有氮气阀18及氮气管21，第一氩气瓶16上部设有第一氩气阀19及第一氩气管22；在激光机座3的左上部设有激光发生器8，激光发生器8左部连接冷却水箱23、左下部连接二氧化碳气体管20、氮气管21、第一氩气管22；激光发生器8右部设有激光镜9，激光镜9右部设有反射镜10，反射镜10下部垂直设有聚焦镜11，聚焦镜11下部通过聚焦光束24对准碳素钢板1及其上的非晶薄带2；在激光机座3的右部设有激光机控制器12，激光机控制器12通过第一导线13连接激光发生器8、通过第二导线25连接激光机座3。

[0060] 图2所示，为激光增材非晶合金块体表面形貌图，如图所示：熔覆层与基体达到良好的冶金结合，熔覆层致密性好，无气孔裂纹缺陷。

[0061] 图3所示，为激光增材非晶合金块体X射线衍射强度图谱，图中所示：激光增材制造形成的非晶合金块体由主要由非晶形态组成，附有少量晶体，在非晶相的漫散射峰上面有叠加的γ(Fe,Ni)固溶体晶体相。

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