專利名稱：一種激光多層熔覆制備納米厚陶瓷涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在金屬表面制備涂層的方法，特別是一種通過(guò)多層激光熔覆的方法制備高性能厚納米陶瓷涂層的方法。
背景技術(shù)：
表面工程，是指經(jīng)表面預(yù)處理后，通過(guò)表面涂覆、表面改性或多種表面工程技術(shù)復(fù)合處理，改變固體金屬表面或非金屬表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)等，以獲得所需要表面性能的系統(tǒng)工程。師昌緒、徐濱士院士總結(jié)的“20世紀(jì)是表面工程形成、興起并快速發(fā)展的世紀(jì)，21世紀(jì)將是表面工程更加成熟完善并且大顯身手的世紀(jì)”很好的闡述了表面工程這一新興領(lǐng)域的發(fā)展軌跡。陶瓷材料具有優(yōu)異的耐磨、耐蝕、耐熱和抗高溫氧化性能，但其脆性較大、耐疲勞性能差、對(duì)應(yīng)力和裂紋敏感，且難以加工，使其應(yīng)用受到了限制。金屬表面陶瓷涂層技術(shù)能有機(jī)地將基體金屬材料的強(qiáng)韌性、易加工性、導(dǎo)電導(dǎo)熱性等和表面陶瓷涂層的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，發(fā)揮兩類材料的綜合優(yōu)勢(shì)，同時(shí)滿足對(duì)結(jié)構(gòu)性能(強(qiáng)度、韌性等)和環(huán)境性能(耐磨、耐蝕、耐高溫等)的需要，獲得相當(dāng)理想的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。陶瓷涂層的常用制備技術(shù)有等離子噴涂、激光熔覆、自蔓延高溫合成技術(shù)(3把)、電子束物理氣相沉積化8^^0)、物理氣相沉積(PVD)以及化學(xué)氣相沉積(CVD)等。等離子噴涂制備陶瓷涂層是把陶瓷粉末送入高溫的等離子體火焰，利用等離子體焰流將噴涂材料加熱到熔融或高塑性狀態(tài)，在高速等離子體焰流的引導(dǎo)下，高速撞擊工件表面。噴涂過(guò)程中，首先是噴涂材料被加熱達(dá)到熔化或半熔化狀態(tài)；然后是被氣流推動(dòng)加速向前噴射的飛行階段；最后以一定的動(dòng)能沖擊基體表面，產(chǎn)生強(qiáng)烈碰撞展平成扁平層并瞬間凝固。最終形成的噴涂涂層是由無(wú)數(shù)變形粒子相互交錯(cuò)，呈波浪式堆疊在一起的層狀組織結(jié)構(gòu)。涂層與基體表面的結(jié)合以機(jī)械結(jié)合為主。顆粒與顆粒之間不可避免地存在一部分孔隙或空洞，涂層孔隙率一般在89Γ20%之間。等離子噴涂工藝的特點(diǎn)是對(duì)涂層材料的要求寬松，沉積率高，操作簡(jiǎn)便，制備成本低，但等離子噴涂的涂層具有典型的層狀結(jié)構(gòu)，涂層中存在較高的非平衡相和孔隙率，界面結(jié)合的主要形式是機(jī)械結(jié)合等，這些因素使等離子噴涂層難以適應(yīng)較惡劣的環(huán)境，因而限制了它的應(yīng)用范圍及使用壽命。激光熔覆技術(shù)是新興的激光技術(shù)與歷史悠久的金屬熱處理相結(jié)合的產(chǎn)物，由于高能量密度產(chǎn)生極快的加熱速度、功率輸出精確可控和熔覆表面區(qū)域的可選擇性，激光熔覆技術(shù)已引起了廣泛的關(guān)注和重視，并已廣泛的應(yīng)用于表面涂層制備。激光熔覆陶瓷材料通常采用預(yù)置和送粉兩種方式引入激光熔池。其中，送粉多見(jiàn)同軸送粉，而常用的粉末預(yù)置方法主要有等離子噴涂法、化學(xué)粘結(jié)法以及壓片法。相對(duì)于等離子噴涂陶瓷涂層，激光熔覆制備的陶瓷涂層組織均勻致密，從而有利于保證涂層的性能及提高工件的使用壽命。但是由于受到激光功率、能量密度、激光作用區(qū)溫度場(chǎng)分布、陶瓷導(dǎo)熱系數(shù)等因素的綜合影響，致使激光可熔覆的陶瓷涂層厚度有限，另外在激光熔覆陶瓷涂層過(guò)程中，由于加熱和冷卻速度很高，陶瓷材料的耐熱沖擊性差，陶瓷涂層與金屬基體的熱膨脹系數(shù)相差較大，涂層中大量氣體外逸促使體積收縮等原因，使得激光熔覆陶瓷層易產(chǎn)生裂紋和剝落等問(wèn)題，因此采用激光熔覆的方法來(lái)制備高性能厚陶瓷涂層也是極其困難的。自蔓延高溫合成(SHS)技術(shù)是20世紀(jì)60年代末發(fā)展起來(lái)的一種制備各種新材料及進(jìn)行材料復(fù)合的新技術(shù)，其基本原理是在金屬基體上預(yù)置涂層，在壓力下局部點(diǎn)火引燃化學(xué)反應(yīng)，利用放出的熱使反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，同時(shí)使基體金屬表面短時(shí)間內(nèi)達(dá)高溫熔化，涂層與基體間通過(guò)冶金結(jié)合而制得高黏結(jié)強(qiáng)度的涂層。SHS技術(shù)具有節(jié)能、工藝簡(jiǎn)單、合成效率高、產(chǎn)物純度高等優(yōu)點(diǎn)。SHS技術(shù)制備陶瓷涂層主要有反應(yīng)熱噴涂、SHS離心鑄造涂層、SHS 熔鑄涂層及反應(yīng)鑄滲涂層等。但其也有明顯的缺點(diǎn)，如產(chǎn)物易形成多孔組織、燃燒產(chǎn)物的組織具較大的離散性，因此影響到了所制備陶瓷涂層的性能。盡管SHS技術(shù)在材料的改性方面已得到了廣泛的應(yīng)用，在性能價(jià)格比方面有優(yōu)越性，但是科學(xué)工作者不滿于現(xiàn)狀仍在繼續(xù)完善SHS工藝，比如將SHS工藝與加壓相結(jié)合，可獲得更致密與基體結(jié)合更牢固的陶瓷涂層材料，以滿足于防腐、耐磨、隔熱等不同使用環(huán)境的要求。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的EB-PVD技術(shù)是用高能電子束加熱并汽化陶瓷源，陶瓷蒸汽以原子形式沉積到基體上而形成的。在制備涂層時(shí)，實(shí)現(xiàn)了金屬基體與陶瓷層之間結(jié)構(gòu)和成分的連續(xù)過(guò)渡。經(jīng)過(guò)高溫后續(xù)處理，使基體與陶瓷層之間形成擴(kuò)散，從而消除了內(nèi)界面。 EB-PVD制備的陶瓷涂層組織為垂直于基體表面的柱狀晶，柱狀晶體與基體間屬冶金結(jié)合， 穩(wěn)定性很好，且高溫下柱狀組織結(jié)構(gòu)具有良好的應(yīng)變承受能力，從而大大提高了涂層的性能；另外，EB-PVD涂層表面光滑無(wú)需再加工，這些都是與等離子噴涂相比的優(yōu)勢(shì)所在。但是，EB-PVD的沉積速率比等離子噴涂低，設(shè)備造價(jià)昂貴；受元素蒸汽壓影響，涂層的成分控制較困難，基體零件需要加熱，試樣尺寸不能太大。而不管是PVD還是CVD制備的陶瓷涂層都存在涂層厚度薄，制備速度慢，成本高等缺陷，因而限制了氣相沉積技術(shù)在陶瓷涂層制備方面的應(yīng)用。如前所述，經(jīng)對(duì)現(xiàn)在技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，常見(jiàn)的制備陶瓷涂層的方法有等離子噴涂、激光熔覆、自蔓延高溫合成技術(shù)以及氣相沉積技術(shù)等。在進(jìn)一步的檢索中，尚未發(fā)現(xiàn)很好的制備高性能厚陶瓷涂層的方法。但厚陶瓷涂層有其廣闊的應(yīng)用空間，如高溫防護(hù)涂層。高溫涂層已經(jīng)成為現(xiàn)代航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)制造中不可缺少的材料，在不斷發(fā)展新型更耐熱合金材料和更有效的冷卻技術(shù)的同時(shí)，大力發(fā)展高溫防護(hù)涂層是更有效的技術(shù)。例如渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)溫度在1700°C以上，已經(jīng)超過(guò)鎳基超合金的熔點(diǎn)，單靠提高材料本身性能和冷卻技術(shù)已不能滿足使用要求。為達(dá)到更好的隔熱效果，厚質(zhì)熱障涂層是一種比較好的研究方向，但厚質(zhì)涂層因?yàn)閼?yīng)力疊加，熱沖擊等因素會(huì)引起涂層剝離或破裂造成失效，因此制備高性能厚陶瓷涂層成為現(xiàn)階段的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種在金屬基體表面制備高性能厚納米陶瓷涂層的方法。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題的一種激光多層熔覆制備納米厚陶瓷涂層的方法，該方法包括下列步驟
①對(duì)金屬基體進(jìn)行預(yù)處理；
②對(duì)納米團(tuán)聚體粉末進(jìn)行預(yù)置；
③預(yù)置層的激光熔覆處理；
④重復(fù)納米陶瓷材料的預(yù)置和激光熔覆處理過(guò)程，就得到厚陶瓷涂層。
該發(fā)明進(jìn)一步具體為
所述的基體預(yù)處理為對(duì)基體表面進(jìn)行毛化處理并清洗干凈，毛化方法包括噴砂毛化、 切削加工毛化及特種加工毛化中的一種或幾種。所述的陶瓷材料預(yù)置方式為化學(xué)粘結(jié)法或模壓法中的一種。所述的預(yù)置層的激光熔覆處理為在高功率激光器上且所使用的激光能量分布為通過(guò)積分鏡變換的類矩形光斑。所述的激光熔覆層裂紋控制措施之一是在激光處理過(guò)程中對(duì)熔池溫度進(jìn)行閉環(huán)控制。所述的激光熔覆層裂紋控制措施之二是在激光熔覆過(guò)程中采用專用保溫箱對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)熱和緩冷處理。所述的激光熔覆層裂紋控制措施之三是在激光處理過(guò)程中在試樣下部放置超聲振動(dòng)器對(duì)熔覆試樣進(jìn)行超聲振動(dòng)。所述金屬基體為TiAl合金，所述納米團(tuán)聚體粉末為納米Al203_13%Ti02粉末，所述制備納米厚陶瓷涂層的具體步驟是
①將電火花線切割至一定尺寸的TiAl合金基體表面進(jìn)行打磨、除油、噴砂預(yù)處理；
②用模壓法制備熔覆薄片，在壓力機(jī)上把納米Al203-13%Ti02粉末壓制成熔覆薄片；
③激光熔覆納米Al203-13%Ti02陶瓷涂層，熔覆時(shí)氬氣保護(hù)，在熔覆過(guò)程中，熔池閉環(huán)控制的溫度是2500 °C，另外用專用保溫箱對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)熱和緩冷處理，預(yù)熱溫度是400 V， 此外在熔覆試樣下端放置超聲振動(dòng)器，超聲振動(dòng)的頻率是50 kHZ，控制熔覆陶瓷涂層裂紋的生成；
④采用多層激光熔覆的方法制備厚陶瓷涂層，即，重復(fù)步驟③八次，在TiAl合金表面制得厚納米Al203-13%Ti02陶瓷涂層。或者所述金屬基體為TiAl合金，所述納米團(tuán)聚體粉末為納米&02-7%Y203粉末，所述制備納米厚陶瓷涂層的具體步驟是
①將電火花線切割一定尺寸的TiAl合金基體表面進(jìn)行打磨、除油、噴砂預(yù)處理。②用模壓法制備熔覆薄片，把納米&02-7%Y203粉末壓制成熔覆薄片；
③激光熔覆納米&02-7%Y203陶瓷涂層，熔覆時(shí)氬氣保護(hù)，在激光處理過(guò)程中熔池閉環(huán)控制溫度為3000 °C，另外用專用保溫箱對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)熱和緩冷處理，預(yù)熱溫度是500 V， 此外在熔覆試樣下端放置超聲振動(dòng)器，超聲振動(dòng)的頻率是50 kHZ。④采用多層激光熔覆的方法制備厚納米&02-7%Y203熱障陶瓷涂層，即，重復(fù)步驟 ③十二次，在TiAl合金表面制得了厚納米&02-7%Y203熱障陶瓷涂層。所述的激光熔覆過(guò)程中熔池溫度閉環(huán)控制的具體過(guò)程為采用紅外線測(cè)溫儀對(duì)熔池溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，測(cè)溫信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡處理后，傳給工控計(jì)算機(jī)，通過(guò)連接到工控計(jì)算機(jī)的控制卡控制激光功率調(diào)節(jié)器，進(jìn)而控制激光器的輸出功率和/或掃描速度，激光功率器采集激光器的功率信號(hào)并通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡傳給工控計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)熔池溫度的閉環(huán)控制。本發(fā)明的技術(shù)效果
(1)本發(fā)明通過(guò)納米顆粒的強(qiáng)韌化作用以及其它工藝措施(如對(duì)試樣的預(yù)熱緩冷及超聲處理)有效的解決陶瓷熔覆層易開(kāi)裂、剝落的問(wèn)題，從而可實(shí)現(xiàn)陶瓷涂層的多層熔覆，使制備厚陶瓷涂層成為可能。(2)納米顆粒的彌散強(qiáng)化機(jī)制使制備的厚陶瓷涂層具有優(yōu)異的性能，特別是厚熱障陶瓷涂層，可作為航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等關(guān)鍵零部件的高溫防護(hù)涂層。


圖1是本發(fā)明的激光熔覆裝置示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備所得的厚納米Al203_13%Ti02陶瓷涂層低倍整體形貌。圖3是本發(fā)明實(shí)施例1制備所得的厚納米Al203_13%Ti02陶瓷涂層局部高倍形貌。圖1中1是數(shù)據(jù)采集卡，2是工控計(jì)算機(jī)，3是控制卡，4是激光功率計(jì)，5是激光器，6是激光功率調(diào)節(jié)器，7是激光器運(yùn)動(dòng)速度調(diào)節(jié)器，8是紅外測(cè)溫儀，9是保溫箱，10是熔覆試樣，11是超聲振動(dòng)器。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明一種激光多層熔覆制備納米厚陶瓷涂層的方法具體包括下述步驟 首先，對(duì)待處理金屬基體表面進(jìn)行毛化處理并清洗干凈等預(yù)處理，毛化方法包括噴砂
毛化、切削加工毛化及特種加工毛化(如激光毛化)中的一種或幾種；
其次，對(duì)納米團(tuán)聚體陶瓷粉末通過(guò)化學(xué)粘結(jié)法或模壓法進(jìn)行預(yù)置，再利用高功率激光器對(duì)預(yù)置涂層進(jìn)行激光熔覆，在激光處理過(guò)程中對(duì)試樣輔以預(yù)熱和緩冷處理并引入超聲振動(dòng)；重復(fù)涂層預(yù)置和激光熔覆過(guò)程，就可以得到厚陶瓷涂層。實(shí)施例一
在TiAl基金屬間化合物合金(簡(jiǎn)稱TiAl合金)基體表面激光多層熔覆納米 Al203"13%Ti02 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)，簡(jiǎn)稱為Π-ΑΤ13)陶瓷涂層，其具體步驟是
①將電火花線切割至一定尺寸(25 mmX8 mmX8 mm)的TiAl合金(鋼鐵研究總院高溫材料研究所牌號(hào)為TAC-2的Y-TiAl基合金)基體表面進(jìn)行打磨、除油、噴砂等預(yù)處理。②用模壓法制備熔覆薄片。材料為美國(guó)Inframat公司生產(chǎn)的牌號(hào)為Nanox S2613P的納米團(tuán)聚體粉末，其名義成分為Al203-13%Ti02 (質(zhì)量分?jǐn)?shù))，團(tuán)聚體尺寸分布范圍為1(Γ50 μπι。在壓力機(jī)上把η-ΑΤ13粉末壓制成尺寸為25 mmX8 mm，厚度大約為0. 15 mm 的熔覆薄片。③激光熔覆n-AT13陶瓷涂層。激光熔覆采用SLCF-X12X25型0)2激光加工機(jī)，熔覆時(shí)氬氣保護(hù)，激光熔覆工藝參數(shù)為激光初始功率為650 w，光斑尺寸為5 mmX3 mm的矩形光斑，激光掃描方向沿光斑3 mm側(cè)，掃描速度為700 mm/min，搭接量為20%，共掃描二道。 激光熔覆裝置示意圖如圖1所示。在熔覆過(guò)程中通過(guò)熔池溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)熔池溫度的控制，熔池溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集卡1、工控計(jì)算機(jī)2、控制卡3、激光功率計(jì) 4、激光器5、激光功率調(diào)節(jié)器6、激光器運(yùn)動(dòng)速度調(diào)節(jié)器7和紅外測(cè)溫儀8組成，紅外線測(cè)溫儀8固定在激光器5上，其探測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)熔覆試樣9，對(duì)熔池溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，測(cè)溫信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡1處理后，傳給工控計(jì)算機(jī)2，控制卡3控制著工控計(jì)算機(jī)2、激光功率調(diào)節(jié)器 6、激光器運(yùn)動(dòng)速度調(diào)節(jié)器7，通過(guò)激光功率調(diào)節(jié)器6控制激光器5的輸出功率，激光功率計(jì) 4采集激光器5的輸出功率并傳給工控計(jì)算機(jī)2，實(shí)現(xiàn)對(duì)熔池溫度的閉環(huán)控制。在熔覆過(guò)程中，熔池閉環(huán)控制的溫度是2500 °C，另外用專用保溫箱9對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)熱和緩冷處理，預(yù)熱溫度是400 °C，此外在熔覆試樣9下端放置超聲振動(dòng)器11，超聲振動(dòng)的頻率是50 kHZ，從而控制熔覆陶瓷涂層裂紋的生成。④采用多層激光熔覆的方法制備厚Π-ΑΤ13陶瓷涂層。即，重復(fù)步驟③八次，在 TiAl合金表面制得了陶瓷涂層各層之間無(wú)明顯界面，過(guò)渡緩和自然，涂層內(nèi)部致密、連續(xù)、 基本無(wú)孔隙及貫穿性大裂紋等缺陷的高性能厚納米結(jié)構(gòu)Al203-13%Ti02陶瓷涂層，涂層厚度約為700 μ m，熔覆陶瓷涂層的低倍和高倍形貌如圖2和3所示。實(shí)施例二
在TiAl合金基體表面激光多層熔覆納米&02-7%Y203 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)，簡(jiǎn)稱為n-YPSZ)熱障陶瓷涂層，其具體步驟與實(shí)施例一類似
①將電火花線切割至20 mmX40 mmX8 mm的TiAl合金(鋼鐵研究總院高溫材料研究所牌號(hào)為TAC-2的Y-TiAl基合金)基體表面進(jìn)行打磨、除油、噴砂等預(yù)處理。②用模壓法制備熔覆薄片。噴涂材料為美國(guó)Inframat公司生產(chǎn)的牌號(hào)為Nanox 4007的納米團(tuán)聚體粉末，其名義成分為&02-7%Y203(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，團(tuán)聚體尺寸分布范圍為 40 100 μπι。在壓力機(jī)上把η-ΑΤ13粉末壓制成尺寸為40 mmX20 mm，厚度大約為0.15 mm 的熔覆薄片。③激光熔覆n-YPSZ陶瓷涂層。激光熔覆采用SLCF-X12X25型CO2激光加工機(jī)， 熔覆時(shí)氬氣保護(hù)，激光熔覆工藝參數(shù)為激光初始功率為550 w，光斑尺寸為5 mmX3 mm的矩形光斑，激光掃描方向沿光斑3 mm側(cè)，掃描速度為300 mm/min，搭接量為20%，共掃描六道。在激光處理過(guò)程中采用與實(shí)施例一類似的熔池溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)、專用保溫箱、超聲振動(dòng)器控制熔覆層裂紋生成，熔池閉環(huán)控制溫度為3000 °C，預(yù)熱溫度是500 °C，超聲振動(dòng)的頻率是50 kHZ。④采用多層激光熔覆的方法制備厚n-YPSZ熱障陶瓷涂層。即，重復(fù)步驟③十二次，在TiAl合金表面制得了陶瓷涂層各層之間無(wú)明顯界面，過(guò)渡緩和自然，涂層內(nèi)部致密、 連續(xù)、基本無(wú)孔隙及貫穿性大裂紋等缺陷的高性能厚納米結(jié)構(gòu)&02-7%Y203熱障陶瓷涂層， 涂層厚度約為1 mm。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)在技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種激光多層熔覆制備納米厚陶瓷涂層的方法，其特征在于該方法包括下列步驟①對(duì)金屬基體進(jìn)行預(yù)處理；②對(duì)納米團(tuán)聚體粉末進(jìn)行預(yù)置；③預(yù)置層的激光熔覆處理；④重復(fù)納米陶瓷材料的預(yù)置和激光熔覆處理過(guò)程，就得到厚陶瓷涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光多層熔覆制備納米厚陶瓷涂層的方法，其特征是 所述的基體預(yù)處理為對(duì)基體表面進(jìn)行毛化處理并清洗干凈，毛化方法包括噴砂毛化、切削加工毛化及特種加工毛化中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光多層熔覆制備納米厚陶瓷涂層的方法，其特征是 所述的陶瓷材料預(yù)置方式為化學(xué)粘結(jié)法或模壓法中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光多層熔覆制備納米厚陶瓷涂層的方法，其特征是 所述的預(yù)置層的激光熔覆處理為在高功率激光器上且所使用的激光能量分布為通過(guò)積分鏡變換的類矩形光斑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光多層熔覆制備納米厚陶瓷涂層的方法，其特征是 所述的激光熔覆層裂紋控制措施之一是在激光處理過(guò)程中對(duì)熔池溫度進(jìn)行閉環(huán)控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光多層熔覆制備厚納米陶瓷涂層的方法，其特征是 所述的激光熔覆層裂紋控制措施之二是在激光熔覆過(guò)程中采用專用保溫箱對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)熱和緩冷處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光多層熔覆制備納米厚陶瓷涂層的方法，其特征是 所述的激光熔覆層裂紋控制措施之三是在激光處理過(guò)程中在試樣下部放置超聲振動(dòng)器對(duì)熔覆試樣進(jìn)行超聲振動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光多層熔覆制備納米厚陶瓷涂層的方法，其特征是 所述金屬基體為TiAl合金，所述納米團(tuán)聚體粉末為納米Al203-13%Ti02粉末，所述制備納米厚陶瓷涂層的具體步驟是①將電火花線切割至一定尺寸的TiAl合金基體表面進(jìn)行打磨、除油、噴砂預(yù)處理；②用模壓法制備熔覆薄片，在壓力機(jī)上把納米Al203-13%Ti02粉末壓制成熔覆薄片；③激光熔覆納米Al203-13%Ti02陶瓷涂層，熔覆時(shí)氬氣保護(hù)，在熔覆過(guò)程中，熔池閉環(huán)控制的溫度是2500 °C，另外用專用保溫箱對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)熱和緩冷處理，預(yù)熱溫度是400 V， 此外在熔覆試樣下端放置超聲振動(dòng)器，超聲振動(dòng)的頻率是50 kHZ，控制熔覆陶瓷涂層裂紋的生成；④采用多層激光熔覆的方法制備厚陶瓷涂層，即，重復(fù)步驟③八次，在TiAl合金表面制得厚納米Al203-13%Ti02陶瓷涂層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光多層熔覆制備納米厚陶瓷涂層的方法，其特征是 所述金屬基體為TiAl合金，所述納米團(tuán)聚體粉末為納米&02-7%Y203粉末，所述制備納米厚陶瓷涂層的具體步驟是①將電火花線切割一定尺寸的TiAl合金基體表面進(jìn)行打磨、除油、噴砂預(yù)處理；②用模壓法制備熔覆薄片，把納米&02-7%Y203粉末壓制成熔覆薄片；③激光熔覆納米&02-7%Y203陶瓷涂層，熔覆時(shí)氬氣保護(hù)，在激光處理過(guò)程中熔池閉環(huán)控制溫度為3000 °C，另外用專用保溫箱對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)熱和緩冷處理，預(yù)熱溫度是500 此外在熔覆試樣下端放置超聲振動(dòng)器，超聲振動(dòng)的頻率是50 kHZ ；④采用多層激光熔覆的方法制備厚納米&02-7%Y203熱障陶瓷涂層，S卩，重復(fù)步驟③ 十二次，在TiAl合金表面制得了厚納米&02-7%Y203熱障陶瓷涂層。
10.根據(jù)權(quán)利要求5、8、9任一項(xiàng)所述的一種激光多層熔覆制備納米厚陶瓷涂層的方法，其特征是所述的激光熔覆過(guò)程中熔池溫度閉環(huán)控制的具體過(guò)程為采用紅外線測(cè)溫儀對(duì)熔池溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，測(cè)溫信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡處理后，傳給工控計(jì)算機(jī)，通過(guò)連接到工控計(jì)算機(jī)的控制卡控制激光功率調(diào)節(jié)器，進(jìn)而控制激光器的輸出功率和/或掃描速度，激光功率器采集激光器的功率信號(hào)并通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡傳給工控計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)熔池溫度的閉環(huán)控制。
全文摘要
一種激光多層熔覆制備納米厚陶瓷涂層的方法，包括下列步驟①對(duì)金屬基體進(jìn)行預(yù)處理；②對(duì)納米團(tuán)聚體粉末進(jìn)行預(yù)置；③預(yù)置層的激光熔覆處理；④重復(fù)納米陶瓷材料的預(yù)置和激光熔覆處理過(guò)程，就得到厚陶瓷涂層。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于一方面，通過(guò)納米顆粒的強(qiáng)韌化作用以及系列裂紋控制措施有效的解決陶瓷熔覆層易開(kāi)裂的問(wèn)題；另一方面納米顆粒的彌散強(qiáng)化機(jī)制使其具有優(yōu)異的性能，從而使制備的高性能厚陶瓷涂層可作為熱障涂層的上表面隔熱涂層應(yīng)用于航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等關(guān)鍵零部件表面。
文檔編號(hào)C23C24/10GK102352509SQ201110364330
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者周杏花, 王東生 申請(qǐng)人:銅陵學(xué)院