CN103203544A - 柱状金属表面的激光毛化方法 - Google Patents
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Abstract
一种柱状金属表面的激光毛化方法，包括如下步骤：步骤1：取一用于液压密封的柱状金属；步骤2：采用激光器，将脉冲激光束聚焦照射到柱状金属的表面形成微小熔池；步骤3：用辅助气体从侧边吹向柱状金属表面的熔池，将熔池中已融化的金属吹到熔池的边缘；步骤4：关闭脉冲激光束，光作用停止后，冷却；步骤5：在柱状金属表面形成毛化坑和坑边凸台，完成制备。本发明可在不改变柱状金属表面韧性的情况下，延长了柱状金属的寿命，极大提高了其表面硬度，整个过程无噪音，无污染，方法简单，易操作。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工领域，尤其涉及一种柱状金属表面的激光毛化方法，该方法适用于液压密封的柱状金属。
背景技术
柱状金属一般可适用于各种酸碱超标环境。对其耐腐蚀性，耐磨性，使用寿命要求很高。为改善用于液压密封的柱状金属表面硬度，增强器耐磨性，延长其寿命，传统工艺上主要是采用表面镀烙和激光微熔覆的方法。对于表面镀烙法，其生成的表面镀烙层容易出现起皮，脱皮的现象，耐磨性较差，寿命只有1-1.5年的时间。而对于激光微熔覆法，则需要在柱状金属表面添加合金粉末材料，利用激光作用，使其形成涂覆层，工艺繁琐，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于，提供的一种柱状金属表面的激光毛化方法，其可在不改变柱状金属表面韧性的情况下，延长了柱状金属的寿命，极大提高了其表面硬度，整个过程无噪音，无污染，方法简单，易操作。
本发明提供一种柱状金属表面的激光毛化方法，包括如下步骤：
步骤1：取一用于液压密封的柱状金属；
步骤2：采用激光器，将脉冲激光束聚焦照射到柱状金属的表面形成微小熔池；
步骤3：用辅助气体从侧边吹向柱状金属表面的熔池，将熔池中已融化的金属吹到熔池的边缘；
步骤4：关闭脉冲激光束，光作用停止后，冷却；
步骤5：在柱状金属表面形成毛化坑和坑边凸台，完成制备。
本发明提出的这种柱状金属表面的激光毛化方法，与其他传统方法相比具有以下优点：
(1)极大程度上提高了用于液压密封的柱状金属的表面硬度，延长了柱状金属的寿命。毛化过程中，减轻材料表面的残余应力局部集中，增强的材料的抗破坏能力。
(2)无污染，无噪音。激光毛化的方法直接将高能量密度的脉冲激光作用在柱状金属的表面形成若干微小的熔池。然后借助有一定压力的辅助气体将熔池内的金属吹到特定边缘形成凸台。利用其自身热传导作用自行冷却。相比其他的激光加工方法，整个过程不涉及到任何有毒的气体或粉尘，而且操作过程中也无任何噪音。
(3)加工效率快，加工质量高。
附图说明
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：
图1柱状金属表面激光毛化的流程图；
图2为激光作用于柱状金属的截面图；
图3为激光毛化完成后的柱状金属截面图。
具体实施方式
请参阅图1，配合参阅图2、图3，本发明提供一种柱状金属表面的激光毛化方法，包括如下步骤：
步骤1：取一用于液压密封的柱状金属，该柱状金属用于液压密封；
步骤2：采用激光器，将脉冲激光束1聚焦照射到柱状金属的表面3形成微小熔池2；所述激光器为气体激光器、固体激光器或光纤激光器，所述激光器的输出的波长为177nm15000nm，所述激光器脉冲激光束的能量密度为103-108W/mm2；
步骤3：待微小熔池2形成后，用辅助气体从侧边吹向柱状金属表面的微小熔池2，将微小熔池2中已融化的金属吹到微小熔池2的边缘；所述辅助气体为防止柱状金属表面氧化的氮气；
步骤4：关闭脉冲激光束1，光作用停止后，冷却，该冷却为自然冷却，冷却后的每一微小熔池2的直径为1μm-100μm。
步骤5：在柱状金属表面3形成毛化坑5和坑边凸台4，完成制备。
实施例
用于柱状金属的激光毛化方法的实施案例，其步骤是：
步骤1：取一个柱状金属，将其放在激光加工台上；
步骤2：采用YAG激光器，其输出波长为1.06μm，输出平均功率为200W，重频10kHz。激光束的输出的脉冲激光束1经过聚焦后照射到柱状金属表面3，聚焦一般通过采用聚焦透镜实现。聚焦透镜则根据所采用的激光器输出脉冲激光束1的光斑大小以及毛化坑5的大小进行选择。如果所需要的毛化坑5尺在几十个微米级别，而激光器输出脉冲激光束1光斑大小也是在百微米级别，此时，采用单个聚焦透镜即可。如果所需的毛化坑5尺在微米级别，而激光器输出脉冲激光束1的光斑大小在毫米级别，则需要采用几个聚焦透镜，通过组合的形式进行聚焦。该激光系统经过透镜聚焦后，脉冲激光束1的脉冲能量达到106W/mm2；高能量的脉冲激光束1聚焦到柱状金属表面3，光能转化成金属的热能，柱状金属表面3的温度急剧升高，表面熔化形成微小熔池2。柱状金属表面3吸收的光能转化的热能向熔池周围和内部传输，在微小熔池2的横向以及纵向都产生了温度梯度。此外，微小熔池2的加工效果则跟激光器作用于柱状金属表面3的时间有关，如果作用时间过长，柱状金属表面因吸收过多热量而导致气化，阻碍其对光能的进一步吸收；但如果作用时间较短，柱状金属表面3并未吸收足够的热量而熔化形成微小熔池2。与此同时，激光器以10mm/s匀速直线的方式移动，移动到下一个点。激光器的移动速度可以根据其柱状金属表面毛化坑5排列位置确定。
步骤3：待熔池2形成后，为防止柱状金属表面3氧化，用一定压力的氮气从侧边吹向柱状金属表面3的熔池2，将熔池2中已融化的金属吹到微小熔池2的边缘。
步骤4：关闭脉冲激光束，光作用停止后，冷却，该冷却为自然冷却，冷却后的每一微小熔池的直径为100μm。
步骤5：在柱状金属表面3形成坑边凸台4和毛化坑5，坑边凸台4的高度为3μm。
以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的的限制，凡是依据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案范围之内，因此本发明的保护范围当以权利要求书为准。
Claims (8)
1.一种柱状金属表面的激光毛化方法，包括如下步骤：
步骤1：取一用于液压密封的柱状金属；
步骤2：采用激光器，将脉冲激光束聚焦照射到柱状金属的表面形成微小熔池；
步骤3：用辅助气体从侧边吹向柱状金属表面的熔池，将熔池中已融化的金属吹到熔池的边缘；
步骤4：关闭脉冲激光束，光作用停止后，冷却；
步骤5：在柱状金属表面形成毛化坑和坑边凸台，完成制备。
2.根据权利要求1所述的柱状金属表面的激光毛化方法，其中柱状金属用于液压密封。
3.根据权利要求1所述的柱状金属表面的激光毛化方法，其中激光器为气体激光器、固体激光器或光纤激光器。
4.根据权利要求3所述的柱状金属表面的激光毛化方法，其中激光器的输出的波长为177nm-15000nm。
5.根据权利要求4所述的柱状金属表面的激光毛化方法，其中激光器脉冲激光束的能量密度为103-108W/mm2。
6.根据权利要求1所述的柱状金属表面的激光毛化方法，其中辅助气体为防止柱状金属表面氧化的氮气。
7.根据权利要求1所述的柱状金属表面的激光毛化方法，其中每一微小熔池的直径为1μm-100μm。
8.根据权利要求1所述的柱状金属表面的激光毛化方法，其中冷却为自然冷却。
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