技术领域
[0001] 本
发明涉及激光
熔覆技术领域，具体涉及一种激光熔覆辅助电射流沉积技术进行粉末预置的方法。
背景技术
[0002] 激光熔覆技术作为一种材料表面改性技术，是通过在基体材料表面添加熔覆材料，并利用高能
密度的
激光束使之与基体材料表面薄层一起熔凝，从而形成与基体表面
冶金结合良好的添料覆层。激光熔覆具有
能量密度高、基体材料热影响及
变形小、冶金结合强度高、易于进行微区及选区加工等优点，已广泛应用于航空、
汽车、模具等行业零件表面微观结构和成分改良中。依据熔覆过程涂层材料的添加方式的不同可以将熔覆工艺分为：预置涂层激光熔覆和同步送粉激光熔覆。其中，预置涂层激光熔覆是将熔覆材料预先置于基体表面的熔覆部位，然后采用高能激光束辐照扫描，借助热传导作用使热量经预置层表层向下传递使整个预置层及基体表面薄层
熔化，从而达到预置涂层与基体形成冶金结合的目的。预置熔覆材料以粉、丝或板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用。
[0003] 中国
专利CN 101158039 A公开了一种以压片法预置粉末进行激光熔覆得到涂层的方法。但是机械压片的方法对粉末的自粘结性要求较高，较大的压
力也会在一定程度上破坏熔覆材料和基体表面的固有性能。
[0004] 中国专利CN 102618868 A公开了一种以
挤压法预置粉末进行激光熔覆得到复合涂层的方法。此方法将待熔覆粉末与粘接剂溶液混合成糊状或膏状，并通过挤压方式使其以条状依次排列搭接在基体材料表面，经
过热烘处理后得到激光熔覆预置层。但是此方法在每完成一次条状粉末预置后就要进行长时间的热烘排胶处理，这增加了工艺复杂性和工时，同时排胶不充分也容易使预置涂层产生气孔、夹杂等
缺陷。
[0005] 中国专利CN 104775118 A公开了一种利用
磁场作用预置激光熔覆粉末的方法。此方法将待熔覆
工件背面置于均匀磁场中，利用电
喷枪向待熔覆工件表面喷洒熔覆粉末，使粉末在磁场作用下
吸附到待熔覆工件表面完成激光熔覆粉末预置。但是此方法只适用于
铁基、镍基或钴基
合金等
磁性粉末材料，对于Al2O3、ZrO2等常用的陶瓷材料难以适用。
[0006] 综上，现有的在工件表面进行粉末预置的方法仍然存在适用范围窄、工艺复杂等问题，因此，有必要研究一种新的粉末预置方法，以期解决上述问题。
发明内容
[0007] 针对上述
现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种激光熔覆辅助电射流沉积技术进行粉末预置的方法。本发明利用电射流沉积的特点，在金属
基板和金属喷针之间形成
电场，待预置的粉末制成的悬浮液在电场的作用下，定向、均匀、可控地从金属喷针向放置在金属基板上的工件表面运动、吸附；最后，再借助高能密度的激光束使预置粉末与工件表面熔凝在一起，从而形成与工件表面冶金结合良好的添料覆层，本发明的方法操作简单、粉末种类适应性强、适用于复杂形状工件，而且所形成的预置粉末涂层均匀、可控，显著提高了工艺效率和
质量。
[0008] 本发明的目的之一是提供一种利用电射流沉积技术进行粉末预置的方法。
[0009] 本发明的目的之二是提供一种激光熔覆辅助电射流沉积技术制备添料覆层的方法。
[0010] 本发明的目的之三是提供利用电射流沉积技术进行粉末预置的方法及激光熔覆辅助电射流沉积技术制备添料覆层的方法的应用。
[0011] 为实现上述发明目的，具体的，本发明公开了下述技术方案：
[0012] 首先，本发明公开了一种利用电射流沉积技术进行粉末预置的方法，包括如下步骤：
[0013] (1)对工件的表面进行
研磨、
抛光处理，然后去除工件表面污垢，备用；
[0014] (2)将待预置粉末、
溶剂混合均匀后制成悬浮液，将悬浮液置于电射流沉积装置中，电源正极接金属喷针，负极接金属基板，从而在金属喷针与金属基板之间形成高压电场，将工件置金属基板上，悬浮液从金属喷针的喷孔喷射形成
纳米级液滴，纳米级液滴在高压电场的作用下被吸附到待熔覆工件表面，控制金属喷针按照预定的运动路径和速度移动，完成工件
指定区域的粉末预置；
[0015] (3)将步骤(2)中工件进行热烘处理，以
蒸发溶剂，形成最终的粉末预置层，即得。
[0016] 步骤(1)中，所述去除具表面污垢的方法为：将刀具依次在丙
酮和无
水乙醇中超声清洗20min。
[0017] 步骤(2)中，所述待预置粉末包括自熔性合金粉末、
金属陶瓷复合粉末、陶瓷粉末等。
[0018] 优选的，步骤(2)中，所述预置粉末粒径小于1μm。
[0019] 步骤(2)中，所述溶剂包括：无水乙醇，甲醇，去离子水等。
[0020] 步骤(2)中，所述悬浮液的喷射速度为1×10-12-1×10-10m3/s。
[0021] 步骤(2)中，所述预置粉末的沉积厚度为2-10mm。
[0022] 步骤(2)中，所述金属喷针的内径为0.5mm。
[0023] 步骤(2)中，所述高压电场的
电压为0.1-10Kv。
[0024] 步骤(3)中，所述热烘处理的
温度为200-250℃，时间为1-2h。
[0025] 其次，本发明还公开了一种激光熔覆辅助电射流沉积技术制备添料覆层的方法，包括如下步骤：
[0026] 1)利用本发明所述的电射流沉积技术将粉末预置在工件表面；
[0027] 2)将步骤1)中工件用激光辐照，使预置粉末与工件表面熔凝在一起，即得。
[0028] 步骤2)中，所述激光优选为CO2激光。
[0029] 步骤2)中，所述激光参数为：功率100-200W，光斑直径2-3mm，扫描速度2-4mm/s，搭接率30-50％。
[0030] 最后，本发明还公开了利用电射流沉积技术进行粉末预置的方法及激光熔覆辅助电射流沉积技术制备添料覆层的方法在复合涂层刀具制备中的应用。
[0031] 与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：本发明利用电射流沉积的特点，在金属基板和金属喷针之间形成电场，待预置的粉末制成的悬浮液在电场的作用下，定向、均匀、可控地从金属喷针向放置在金属基板上的工件表面运动、吸附；最后，再借助高能密度的激光束使预置粉末与工件表面熔凝在一起，从而形成与工件表面冶金结合良好的添料覆层，本发明的方法操作简单、粉末种类适应性强、适用于复杂形状工件，而且所形成的预置粉末涂层均匀、可控，显著提高了工艺效率和质量。
附图说明
[0032] 构成本
申请的一部分的
说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性
实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
[0033] 图1为本发明利用电射流沉积装置预置粉末的示意图。
具体实施方式
[0034] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0035] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0036] 正如背景技术所介绍的，现有的在工件表面进行粉末预置的方法仍然存在适用范围窄、工艺复杂等问题，因此，本发明提出了一种激光熔覆辅助电射流沉积技术进行粉末预置的方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
[0037] 实施例1
[0038] 本实施例采用的工件材质为Ti-6Al-4V合金，预置粉末为Al2O3-TiO2复合陶瓷(其主要成分为78.1％Al2O3，16.62％TiO2，2.17％Y2O3，1.41％SiO2，0.76％ZrO2，0.37％Cr2O3，0.23％Fe2O3，0.2％Na2O，0.14％CaO)，溶剂为无水乙醇。
[0039] 如图1所示，一种激光熔覆辅助电射流沉积技术进行粉末预置的方法，包括如下步骤：
[0040] (1)对待熔覆表面进行研磨、抛光处理，并将其分别在丙酮和无水乙醇超声清洗20min，以除去工件表面的污垢；
[0041] (2)将预置粉末与无水乙醇均匀混合制得悬浮液，将悬浮液置于电射流沉积装置的流量
泵中，电源正极接金属喷针，负极接金属基板，从而在金属喷针与金属基板之间形成高压电场，将Ti-6Al-4V合金工件置金属基板上，悬浮液从金属喷针的喷孔喷射形成纳米级液滴，纳米级液滴在高压电场的作用下被吸附到Ti-6Al-4V合金工件的待熔覆表面；其中，预置粉末粒径小于1μm，预置粉末的沉积厚度为4mm，高压电场的电压为5Kv悬浮液的喷射速度为4×10-12m3/s，金属喷针的内径为0.5mm；
[0042] (3)将步骤(2)中沉积了预置粉末的Ti-6Al-4V合金工件在200℃下热烘处理2h，以蒸发溶剂，得到粉末预置层；
[0043] (4)采用CO2激光对步骤(3)中的粉末预置层进行辐照处理，以使预置粉末层进一步
固化，并与Ti-6Al-4V合金工件表面薄层熔凝，即得；其中，激光参数为：功率200W，光斑直径3mm，扫描速度3mm/s，搭接率30％。
[0044] 实施例2
[0045] 本实施例采用的工件材质为W6Mo5Cr4V2高速
钢，预置粉末为硬质合金(其主要成分为80％WC，10％Co，5％W，1.5％VC，1％Cr3C2，1％Ni，1％Al，0.5％Mo)，溶剂为无水乙醇。
[0046] 如图1所示，一种激光熔覆辅助电射流沉积技术进行粉末预置的方法，包括如下步骤：
[0047] (1)对待熔覆表面进行研磨、抛光处理，并将其分别在丙酮和无水乙醇超声清洗20min，以除去工件表面的污垢；
[0048] (2)将预置粉末与无水乙醇均匀混合制得悬浮液，将悬浮液置于电射流沉积装置的流量泵中，电源正极接金属喷针，负极接金属基板，从而在金属喷针与金属基板之间形成高压电场，将W6Mo5Cr4V2
高速钢工件置金属基板上，悬浮液从金属喷针的喷孔喷射形成纳米级液滴，纳米级液滴在高压电场的作用下被吸附到W6Mo5Cr4V2高速钢工件的待熔覆表面；其中，预置粉末粒径小于1μm，预置粉末的沉积厚度为4mm，高压电场的电压为5Kv悬浮液的喷射速度为4×10-12m3/s，金属喷针的内径为0.5mm；
[0049] (3)将步骤(2)中沉积了预置粉末的W6Mo5Cr4V2高速钢工件在200℃下热烘处理2h，以蒸发溶剂，得到粉末预置层；
[0050] (4)采用CO2激光对步骤(3)中的粉末预置层进行辐照处理，以使预置粉末层进一步固化，并与Ti-6Al-4V合金工件表面薄层熔凝，即得；其中，激光参数为：功率200W，光斑直径3mm，扫描速度3mm/s，搭接率30％。
[0051] 实施例3
[0052] 一种激光熔覆辅助电射流沉积技术进行粉末预置的方法，同实施例1，区别在于：步骤(2)中，所述预置粉末的沉积厚度为2mm，高压电场的电压为0.1Kv悬浮液的喷射速度为
1×10-12m3/s。步骤(3)中，所述热烘处理的时间和温度为250℃，1h。步骤(4)中，所述激光参数为：功率100W，光斑直径2mm，扫描速度2mm/s，搭接率50％。
[0053] 实施例4
[0054] 一种激光熔覆辅助电射流沉积技术进行粉末预置的方法，同实施例1，区别在于：步骤(2)中，所述预置粉末的沉积厚度为2mm，高压电场的电压为10Kv悬浮液的喷射速度为1×10-10m3/s。步骤(3)中，所述热烘处理的时间和温度为220℃，1.5h。步骤(4)中，所述激光参数为：功率150W，光斑直径3mm，扫描速度4mm/s，搭接率40％。
[0055] 以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
