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一种提高激光沉积粉末利用率的方法

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成果名称: 一种提高激光沉积粉末利用率的方法 关键字: 应用行业: 制造业
高新技术领域: 先进制造技术 所在地: 河北省 知识产权类型: 发明专利
知识产权编号: ZL201910156008 成果体现形式: 发明专利 成果属性:
成果所处阶段: 成果水平: 请选择... 研究形式:
学科分类: 战略新兴产业: 请选择... 课题来源:
第一完成单位名称: 石家庄铁道大学 第一完成单位属性: 技术成熟度:
合作方式: 请选择... 交易价格(万): 2.00 所属十强产业:

本发明涉及激光增材制造技术领域,具体公开一种提高激光沉积粉末利用率的方法。所述方法包括:将金属粉末在基材表面一端预先制备熔覆层;对基材和熔覆层进行磁化处理,形成漏磁场;在漏磁场作用下,进行下一道次的激光熔覆,所述金属粉末为铁磁性材料或含有铁磁性材料,所述基材为铁磁性材料。本发明提供的方法,利用熔覆层与待沉积区表面存在的高度差,对铁磁性基材及熔覆层进行磁化,形成漏磁场,对铁磁性金属粉末具有较好的吸引作用,使得喷头送出的粉末能够更为精准地汇聚在激光扫描路径上,提高粉末的有效利用率和沉积效率。

本发明提供的提高激光沉积粉末利用率的方法,将铁磁性材料或含有铁磁性材料的金属粉末,在铁磁性材料的基材上预先沉积熔覆层,利用熔覆层与待沉积区表面存在的高度差(即截面突变),通过对铁磁性基材及熔覆层进行磁化,在已沉积区与待沉积区交界处形成漏磁场,而交界处(漏磁场所在位置)恰为下一道次的激光扫描路径,由于漏磁场对铁磁性金属粉末的吸引作用,使得喷头送出的粉末能够更为精准地汇聚在激光扫描路径上,提高粉末的有效利用率和沉积效率,进而减少浪费,降低企业生产成本。

金属(基)粉末激光沉积技术是通过预先建立的模型设计出激光扫描轨迹,进而在一定基材上制备熔覆层或零件的一种激光增材制造技术。该技术具有很高的设计灵活性,且成形材料多样。可根据不同的工况要求制备出高强、耐蚀、耐磨等不同性能的涂层或零件。金属(基)粉末激光沉积技术不但可以用于金属(基)零件的快速制造,而且还可用于零件,尤其是大中型金属零件的立体修复,从而实现其再制造,极大地降低企业生产成本。
同步送粉法是激光沉积技术的一种重要方法,应用范围广泛。同步送粉法利用送粉器将粉末直接输送入激光光斑内,粉末束随着激光束同步移动,粉末在基材表面经熔化、冷凝后形成沉积层。和预置粉末法相比,同步送粉法可以很好的实现气份保护,使沉积粉末自身的性能受空气内氧、氮等元素的影响较小。
然而,大量的实践表明,在送粉喷嘴结构、载气量等众多因素的影响下,粉末束很难精准地汇聚到激光光斑内,在激光束扫描时,会有大量的粉末不能熔化形成熔池,没有被有效利用。在很多情况下,沉积粉末的一次利用率甚至不足30%。这不仅极大地降低了沉积效率,还造成了巨大的浪费,提高了企业的生产成本。虽然一些情况下可以对未熔化粉末进行回收,但这些回收粉末往往会在沉积过程中受到污染。经历多次回收后,因其杂质含量超标,将不能再重复利用。此外,粉末的回收并不能提高沉积效率。
为了提高粉末利用率及沉积效率,目前采用的主要措施是对送粉喷头的结构进行优化。但不同的喷头类型具有不同的优缺点,在提高粉末利用率的同时,会在其它方面表现出不足。因此,开发一种可以显著提高粉末的有效利用率和沉积效率的方法意义重大。


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