Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 登记号 | 2017 |
| 一种基于激光冲击波技术定向超高速喷涂的方法及装置 | |
| 张兴权 | |
| 完成单位 | 安徽工业大学 |
| 中文摘要 | ① 课题来源与背景 随着科学技术的发展,人们提出了许多推动物体前进的方法,如激光推进、电磁场推进、核反应推进等。其中激光推进方式在许多性能指标上优于其它方式,而且在技术上又比较容易实现。激光推进有两种模式：一种为“大气呼吸模式”;另外一种为“烧蚀模式”。大气呼吸模式是指激光脉冲经光学系统击穿大气中的空气产生等离子爆炸气团,推动物体前进。烧蚀模式是指激光烧蚀材料表面而产生高压等离子体为推动力,推动物体前进。如1997年,美国宇航局和美国空军在新墨西哥州的沙漠里进行了激光推进火箭飞行联合实验。其利用高强度的激光辐照推进剂产生瞬态的高温高压高密度等离子体,等离子体迅速膨胀,推动火箭模型上升20米。中国专利CN102513696A提出利用激光辐照在飞片表面上,飞片被激光烧蚀而产生GPa量级冲击波,而高压冲击波驱动残余飞片撞向弹性软膜,弹性软模将形变力作用在靶材工件上,使靶材工件发生塑性变形。目前,脉冲激光辐照在材料表面诱导的高压冲击波在材料加工中已得到广泛的应用,如利用激光驱动冲击波直接对材料进行冲击加载,实现零件表面强化和薄板成形等。用外力驱动熔融的粒子涂覆于基体表面的喷涂技术已得到一定的应用,如火焰喷涂、超音速喷涂等。它可以在零件表面制造一个特殊的新的工作表面,其涂覆层材料的成分可以与母体完全不同,机械性能优于母体,以实现对零件预保护,从而延长其使用寿命,充分发挥机械产品的经济效益。常用爆炸喷涂时所使用的气体压力分别为：O2：0.1-0.2MPa,C2H2：0.05-0.1MPa,N2:0.02-0.06MPa,这些气体混合物所得到的爆轰波压力值在几MPa到几十MPa范围内。与火焰喷涂、等离子喷涂等喷涂技术相比,粒子的喷射速度已经得到很大的提高,能够达到760-1200m/s,因此涂层质量有了较大的改善：与基体的结合强度较高、涂层致密度高、空隙率较低。 ② 技术原理及性能指标 基于激光冲击波技术定向超高速喷涂方法步骤如下：(1) 首先利用上下对称设置的电极之间产生的高温电弧加热熔化作为喷涂材料的喷涂丝成熔滴脱落,脱落的熔滴被雾化气体雾化成微滴流,并在所述雾化气体推动下,所述微滴流低速飞行离开电弧区;(2) 由激光发生器发出脉宽为ns量级、单脉冲的能量为2 100J、功率密度为GW/cm2量级的主激光脉冲束,所述主激光脉冲束经导光分光系统被分成四束光学特征完全相同的分激光脉冲束;(3) 当喷涂的涂层厚度较厚时,由计算机再次发出指令,通过控制器控制所述激光发生器发出主激光脉冲束的脉冲个数及相邻脉冲的时间间隔;(4) 当所述工件需要大面积喷涂和对形状不规则的零件喷涂时,将五轴工作台上下、左右移动和转动,改变所述工件的位置,在新的位置上进行喷涂,渐进完成大面积和对特殊形状的喷涂,直至所述工件表面达到要求为止;(5) 喷涂完毕后,先关闭电源和停止通入雾化气体,待所述工件冷却后,再打开喷射室的活动窗口将工件取出。 ③ 技术的创新性与先进性 本技术与现有的技术相比较,具有极大的创新性,主要体现在以下几点：(1) 喷涂时的压力超高,涂层材料的粒子喷射速度超快。(2) 能够得到更高质量的涂层。由于喷涂时的压力超高,因而能够形成结合强度和致密度高,孔隙率低的高质量的涂层。(3) 能够控制喷涂的方向,实现远距离喷涂。本发明采用导光分光系统,将激光发生器产生的一束主激光脉冲束分成四束分激光脉冲束,每束分激光脉冲束均与水平轴线呈一定角度并辐照在微粒流上,避免了单个脉冲激光束诱导的压力向四周发散而造成粒子向各个方向喷射现象,从而节约能耗,提高了喷涂工效。(4) 对喷涂材料粒子细化分两步实现,采用微粒的自身重力选优,使涂层组织更加均匀。(5) 加工柔性大,效率高。激光脉冲束易于聚焦和成型,根据需要改变光斑形状、大小,从而实现对大面积表面、小空间和不规则形状的喷涂,如钢结构、盲孔端部、深槽底部以及叶轮等等。且单次喷涂的时间仅为几十ns,相当于千万分之一秒完成一次喷涂,喷涂效率极高。(6) 成本低、清洁环保。电弧制液技术方便快捷,且能源利用率极高,成本较低。在喷涂过程中设置了回收器和回收槽装置,实现绿色清洁制造。 ④ 技术的成熟程度,适用范围和安全性 (1) 本发明涉及零件加工再制造技术领域,尤其涉及一种利用激光诱导的冲击波助推微粒高速撞向工件,在其表面形成涂层的方法及装置,特别适用于定向、长距离的高速喷涂; (2) 经过前期开发设计,技术资料完整,包括产品工程图和装配图,技术成熟;(3) 设计安全可靠性高。 ⑤ 应用情况及存在的问题 (1) 本发明技术尚未发现任何问题;(2) 正在寻找相关企业合作,积极推广应用。 |
| 中文关键词 | 激光冲击波技术 ; 定向超高速喷涂 ; 表面强化 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 中图法分类号 | TG174.4 |
| 来源机构 | 安徽工业大学 |
| 资源类型 | 成果 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/339064 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张兴权. 一种基于激光冲击波技术定向超高速喷涂的方法及装置[Z]. . |
| 条目包含的文件 | 条目无相关文件。 | |||||
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