br>[0034]本發(fā)明所指的金屬材料為Fe、Mg、Mg合金、Al、Al合金、T1、Ti合金、Cu、Cu合金、N1、Ni合金、鋼等等，本實施例以9SiCr的水栗葉片為例。
[0035]利用機床銑削等機械加工手段，將水栗葉片材料去除，使其待加工區(qū)域的厚度較原始厚度減少Imm ;在上述經(jīng)處理后的水栗葉片的待加工區(qū)域表面鍍上一層鑄鐵摻雜鎳鍍層，使金屬鍍層厚度為0.3mm。
[0036]如圖1所示為本發(fā)明所述激光復合強化金屬材料的裝置結(jié)構(gòu)示意圖，控制系統(tǒng)3分別與工作臺17、水栗2、流量調(diào)節(jié)裝置11和激光控制器4連接，所述工作臺17上設(shè)有水箱16，所述水箱16中設(shè)有載物臺15，所述鍍層的水栗葉片通過夾具14固定于所述載物臺15上，所述水栗2分別與所述水箱16和儲水箱I連接，所述激光控制器4與激光器5連接，所述激光器5位于所述水栗葉片的加工區(qū)域正上方，所述激光器5與所述水栗葉片之間設(shè)有透鏡組6，所述透鏡組6包括一組凹透鏡7和凸透鏡8，所述凹透鏡7和所述凸透鏡8分別靠近所述激光器5和所述水栗葉片，所述裝置還包括通過管道依次連接的儲料罐10、流量調(diào)節(jié)裝置11和噴頭12，所述流量調(diào)節(jié)裝置11與所述控制系統(tǒng)3連接，所述噴頭12對準所述水栗葉片的加工區(qū)域。
[0037]通過控制系統(tǒng)3控制流量調(diào)節(jié)裝置，使儲料罐10中用于熔覆的鑄鐵摻雜硅、硼、碳或鎘粉末均勻鋪至水栗葉片待加工區(qū)域，所述鑄鐵摻雜硅、硼、碳或鎘粉末為深色，調(diào)節(jié)透鏡組6使激光器5產(chǎn)生的激光光束在所述水栗葉片待加工區(qū)域聚焦，通過控制系統(tǒng)3控制激光控制器4，從將激光參數(shù)調(diào)整至:激光的功率密度為105W/cm2，激光束的使用功率為1500W，激光光斑尺寸為10mmX2mm，掃描速度為5mm/s，送粉量為15g/min，搭接率為25%，用于激光熔覆，此時，水箱16處于無水狀態(tài)，水栗2處于關(guān)閉狀態(tài)，打開激光器5，根據(jù)水栗葉片形狀，通過控制系統(tǒng)3控制六軸工作臺17的作業(yè)行程，從而實現(xiàn)對水栗葉片待加工區(qū)域完成激光熔覆的過程，得到的激光熔覆層厚度為0.5mm。
[0038]完成激光熔覆后，關(guān)閉激光器5，通過控制系統(tǒng)3控制水栗2想水箱中注水，待水水栗葉片表面為止，調(diào)節(jié)透鏡組6使激光器5產(chǎn)生的激光光束在所述水栗葉片待加工區(qū)域聚焦，通過控制系統(tǒng)3控制激光控制器4，將激光參數(shù)調(diào)整至:輸出波長為1064nm，脈沖能量為300mJ，搭接率為50%，用于激光空化強化，打開激光器5，根據(jù)水栗葉片形狀，通過控制系統(tǒng)3控制六軸工作臺17的作業(yè)行程，從而實現(xiàn)對水栗葉片待加工區(qū)域完成激光空化強化過程。
[0039]完成激光空化強化過程后，通過控制系統(tǒng)3控制水栗2抽空水箱16中的水，取出加工后的水栗葉片，對其表面進行清理、加工，以達到實際使用要求。
[0040]實驗表明，采用本發(fā)明所述的激光熔覆和激光空化強化復合加工金屬材料的方法，與采用激光熔覆和激光強化得到的材料對比，材料的硬度基本相同，但是其殘余應(yīng)力卻是后者的0.6倍左右，疲勞壽命較后者提高了 I倍左右；強化區(qū)與未強化區(qū)交界處基材的氧化損傷也消失了 ；綜上所述，通過該方法，使葉輪葉片的壽命、抗氣蝕、耐磨損能力得到了顯者提尚。
[0041]所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種激光復合強化金屬材料的方法，其特征在于，包括如下步驟: 51、將金屬材料加工區(qū)域去除材料，然后表面鍍上一層金屬鍍層，固定在載物臺上，所述金屬鍍層的主要成分與所述金屬材料為相同金屬； 52、將金屬粉末均勻鋪設(shè)到SI所述鍍層的金屬材料表面，激光光束對所述金屬材料的鋪設(shè)金屬粉末區(qū)域進行激光熔覆，所述金屬粉末的主要成分與所述金屬材料為相同金屬； 53、將S2所述熔覆的金屬材料置于水中，激光光束對所述金屬材料的熔覆區(qū)域進行激光空化強化； 54、對S3所述空化強化的金屬材料表面進行清理、加工。2.如權(quán)利要求1所述的激光復合強化金屬材料的方法，其特征在于，SI所述金屬材料的加工區(qū)域表面去除I?1.5mm厚度。3.如權(quán)利要求2所述的激光復合強化金屬材料的方法，其特征在于，SI所述的金屬鍍層厚度為0.2?0.4mm ;所述金屬鍍層中加入抗氧化金屬。4.如權(quán)利要求3所述的激光復合強化金屬材料的方法，其特征在于，S2所述金屬粉末形成的熔覆層厚度為0.5?1mm，所述金屬粉末中加入硅、硼、碳或鎘。5.如權(quán)利要求1?4中任意一項所述的激光復合強化金屬材料的方法，其特征在于，所述熔覆的激光參數(shù)為激光的功率密度為105?106W/cm2，激光束的使用功率為1000?2000W，激光光斑尺寸為10mmX2mm，掃描速度為I?10mm/s，送粉量為10?20g/min，搭接率為 20%?30% ； 所述激光空化強化的激光參數(shù)為輸出波長為1064nm，脈沖能量為200?500mJ，搭接率為 50%。6.一種激光復合強化金屬材料的裝置，其特征在于，所述裝置包括控制系統(tǒng)(3)，所述控制系統(tǒng)(3)分別與工作臺(17)、水栗(2)和激光控制器(4)連接，所述工作臺(17)上設(shè)有水箱(16)，所述金屬材料(13)位于所述水箱(16)中，所述水栗(2)分別與所述水箱(16)和儲水箱(I)連接，所述激光控制器(4)與激光器(5)連接，所述激光器(5)位于所述金屬材料(13)的加工區(qū)域正上方。7.如權(quán)利要求6所述的激光復合強化金屬材料的裝置，其特征在于，所述裝置還包括通過管道(9)依次連接的儲料罐(10)、流量調(diào)節(jié)裝置(11)和噴頭(12)，所述流量調(diào)節(jié)裝置(11)與所述控制系統(tǒng)(3)連接，所述噴頭(12)對準所述金屬材料(13)的加工區(qū)域，所述儲料罐(10)中裝有用于激光熔覆的金屬粉末。8.如權(quán)利要求6所述的激光復合強化金屬材料的裝置，其特征在于，所述激光器(5)與所述金屬材料(13)之間設(shè)有透鏡組￠)，所述透鏡組(6)包括一組凹透鏡(7)和凸透鏡(8)，所述凹透鏡(7)和所述凸透鏡(8)分別靠近所述激光器(5)和所述金屬材料(13)。9.如權(quán)利要求6?8中任意一項所述的激光復合強化金屬材料的裝置，其特征在于，所述水箱(16)中設(shè)有載物臺(15)，所述金屬材料(13)通過夾具(14)固定于所述載物臺(15)上。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種激光復合強化金屬材料的方法和裝置，涉及機械加工及激光復合處理應(yīng)用領(lǐng)域；將金屬材料的待加工區(qū)域去除材料后鍍金屬鍍層，然后依次進行激光熔覆和激光空化強化，對處理后的金屬材料表面進行清理、加工；解決了(1)激光對未強化區(qū)域的熱力損傷問題；(2)激光熔覆及強化過程中對于周圍氣體環(huán)境的限制問題；(3)使金屬熔覆層、過渡層、基材間的連接較只有熔覆層、基材這種方法更加緊密；(4)在較少能源消耗的前提下，進一步提高了基材強化區(qū)的殘余壓應(yīng)力，綜合改善了材料的機械性能。
【IPC分類】C21D10/00, C23C24/10
【公開號】CN105039676
【申請?zhí)枴緾N201510519418
【發(fā)明人】任旭東, 王德順, 袁壽其, 李紅, 佟艷群, 任云鵬, 左成亞, 吳坤, 何浩, 周睿, 孫建榮, 吳教義
【申請人】江蘇大學
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年8月21日