CN114512204A - 非晶合金材料的确定方法及装置、超高速激光熔覆设备 - Google Patents

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CN114512204A CN202210152256.9A CN202210152256A CN114512204A CN 114512204 A CN114512204 A CN 114512204A CN 202210152256 A CN202210152256 A CN 202210152256A CN 114512204 A CN114512204 A CN 114512204A
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Abstract

本发明公开一种非晶合金材料的确定方法及装置、超高速激光熔覆设备，涉及表面工程技术领域，用于结合涂层制备工艺特点，设计出适合特定工艺条件的高非晶占比合金体系。非晶合金材料的确定方法包括：连续向超高速激光熔覆设备输入不同配比的粉末，控制超高速激光熔覆设备在基材的不同区域形成不同的非晶合金材料熔覆层；调整激光熔覆参数，重复上述步骤，直到超高速激光熔覆设备在多个基材上均形成具有不同参数的非晶合金材料熔覆层；当多个基材中至少一基材的测量区域的非晶合金材料熔覆层满足预设参数时，确定至少一基材中任意一基材的测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末、粉末配比及激光熔覆参数为非晶合金材料的成分、成分配比及工艺参数。

Description

非晶合金材料的确定方法及装置、超高速激光熔覆设备
技术领域
本发明涉及表面工程技术领域，尤其涉及一种非晶合金材料的确定方法及装置、超高速激光熔覆设备。
背景技术
非晶合金(metallicglasses，MGs)普遍具有超高的断裂韧度和优异的耐腐蚀性能以及独特的自修复能力等特点，其中的涂层类非晶合金不仅能有效解决室温脆性，尺寸限制和制备成本等问题，且不会降低或丧失块体非晶固有的特性，在耐磨耐腐蚀等工程应用领域展现出了巨大的潜力，因而倍受关注。
目前，非晶合金从开发到制备阶段，会受到工艺条件的制约，使得涂层中的成分偏离了设计的名义成分，无法达到预计的材料性能。另一方面，由于受到涂层材料与激光熔覆工艺的限制，制得的涂层厚度与非晶含量均偏低，且在制备过程中容易产生微裂纹。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非晶合金材料的确定方法及装置、超高速激光熔覆设备，用于结合涂层制备工艺特点，设计出适合特定工艺条件的高非晶占比的合金体系。
第一方面，本发明提供一种非晶合金材料的确定方法，应用于超高速激光熔覆设备中。超高速激光熔覆设备用于对基材进行超高速激光熔覆。非晶合金材料的确定方法包括：
连续向超高速激光熔覆设备输入不同配比的粉末，控制超高速激光熔覆设备在基材的不同区域形成不同的非晶合金材料熔覆层；
调整激光熔覆参数，重复上述步骤，直到超高速激光熔覆设备在多个基材上均形成具有不同参数的非晶合金材料熔覆层；
当多个基材中至少一个基材的测量区域的非晶合金材料熔覆层满足预设参数时，确定制备测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末为非晶合金材料的成分，确定制备测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末配比为非晶合金材料的成分配比，确定至少一个基材中任意一个基材的测量区域所在基材的激光熔覆参数为非晶合金材料的工艺参数。
采用上述技术方案的情况下，利用超高速激光熔覆设备，通过不断调节粉末的配比，可以在同一基材的不同区域上连续形成不同的非晶合金材料熔覆层；通过调整激光熔覆参数，可以在多个基材上形成具有不同参数的非晶合金材料熔覆层。当激光熔覆参数相同、粉末配比不同的同一基材上至少一个测量区域的非晶合金材料熔覆层满足预设参数时，可以将制备该测量区域上非晶合金材料熔覆层的粉末确定为需要的非晶合金材料的成分，将制备该测量区域上非晶合金材料熔覆层的粉末配比确定为需要的非晶合金材料的成分配比；当粉末配比相同、激光熔覆参数不同的至少一个基材中任意一个基材的测量区域的非晶合金材料熔覆层满足预设参数时，可以将制备该测量区域上非晶合金材料熔覆层时的激光熔覆参数确定为需要的非晶合金材料的工艺参数。基于此，利用超高速激光熔覆设备，本发明提供的非晶合金材料的确定方法可以在一台设备上完成非晶合金材料的成分优化及工艺参数优化，并可保证在成分优化阶段除成分外其他成型参数的一致性，在工艺参数优化阶段除工艺参数外其他成型参数的一致性，可以快速筛选除优化的成分范围及工艺参数范围，开发出满足需要的非晶合金材料的成分、成分配比及工艺参数，同时还可以直接将开发出的非晶合金材料的成分、成分配比及工艺参数应用于制备非晶合金材料涂层上，无需工艺转换，解决了目前的非晶合金材料的开发和非晶合金材料涂层之间由于工艺条件制约导致的非晶合金材料涂层的成分偏离预设成分，无法达到预计的材料性能的问题。此外，利用超高速激光熔覆设备来实现非晶合金材料的开发与涂层制备，不仅可以获得高非晶占比的非晶合金材料，还可以提高制得的非晶合金材料涂层的厚度，减少制备过程中微裂纹的产生。
在一种可能的实现方式中，超高速激光熔覆设备包括冷却装置、温度监测装置和激光熔覆装置。温度监测装置用于监测基材的温度。冷却装置用于冷却基材。激光熔覆装置用于对基材进行超高速激光熔覆。当连续向超高速激光熔覆设备输入不同配比的粉末，控制超高速激光熔覆设备在基材上的不同区域形成不同的非晶合金材料熔覆层时，非晶合金材料的确定方法还包括：利用温度监测装置实时监测基材的温度。当基材的温度高于预设温度时，控制冷却装置对基材进行冷却降温，以使基材的温度满足预设温度。
在一种可能的实现方式中，基材为平面型基材或空心棒状基材。当基材为空心棒状基材时，冷却装置位于基材内。
在一种可能的实现方式中，基材具有相连接的熔覆区和未熔覆区，非晶合金材料熔覆层形成在熔覆区。利用温度监测装置实时监测基材的温度包括：利用温度监测装置实时获取熔覆区与未熔覆区交界处的基材的温度。
在一种可能的实现方式中，超高速激光熔覆设备还包括供粉机构。供粉机构用于向激光熔覆装置提供多种粉末。
在一种可能的实现方式中，当多个基材中至少一个基材的测量区域的非晶合金材料熔覆层满足预设参数时，确定制备测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末为非晶合金材料的成分，确定制备测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末配比为非晶合金材料的成分配比，确定至少一个基材中任意一个基材的测量区域所在基材的激光熔覆参数为非晶合金材料的工艺参数包括：当多个基材的至少两个测量区域的非晶合金材料熔覆层均满足预设参数时，获取至少两个测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末配比、粉末成分以及至少两个测量区域所在基材的激光熔覆参数。利用至少两个测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末成分确定非晶合金材料的成分。利用至少两个测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末配比，确定非晶合金材料的成分配比。利用至少两个测量区域中的一个测量区域所在基材的激光熔覆参数确定非晶合金材料的工艺参数。
在一种可能的实现方式中，激光熔覆参数包括激光扫描速率、激光功率、基材温度、熔覆道搭接率和整体送粉量。
在一种可能的实现方式中，非晶合金材料熔覆层的厚度范围为大于或等于20μm。
第二方面，本发明还提供一种非晶合金材料的确定装置，包括处理器和通信接口。通信接口和处理器耦合。处理器用于运行计算机程序或指令，以实现第一方面或第一方面任一可能的实现方式所描述的非晶合金材料的确定方法。
与现有技术相比，本发明提供的非晶合金材料的确定装置的有益效果与第一方面或第一方面任意可能的实现方式所描述的非晶合金材料的确定方法的有益效果相同，此处不做赘述。
第三方面，本发明还提供一种超高速激光熔覆设备，该超高速激光熔覆设备包括冷却装置、温度监测装置、激光熔覆装置以及第二方面所描述的非晶合金材料的确定装置。温度监测装置用于获取基材的温度。冷却装置用于冷却基材。激光熔覆装置用于对基材进行超高速激光熔覆。
与现有技术相比，本发明提供的超高速激光熔覆设备的有益效果与第一方面或第一方面任意可能的实现方式所描述的非晶合金材料的确定方法的有益效果相同，此处不做赘述。
在一种可能的实现方式中，超高速激光熔覆设备还包括供粉机构。供粉机构用于向激光熔覆装置提供粉末。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的非晶合金材料的确定方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种非晶合金材料的确定装置的硬件结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
非晶合金(metallicglasses,MGs)在20世纪60年代由美国的Duwez教授通过熔体旋淬法首次获得，这种材料是在超急冷凝固条件下形成的；其原子排列呈现长程无序、短程有序的特点，表现为宏观各向同性，不存在晶态材料中常见的位错、晶界等缺陷，且普遍具有超高的断裂韧度和优异的耐腐蚀性能以及独特的自修复能力等特点。非晶合金根据其制备方法与成型状态，可以分为块体、涂层、粉末及薄带这四大类，其中，涂层类非晶合金不仅能有效解决室温脆性，尺寸限制和制备成本等问题，且不会降低或丧失块体非晶固有的特性，在耐磨耐腐蚀等工程应用领域展现出了巨大的潜力，因而倍受关注。
目前，较为成熟的非晶涂层的制备技术主要有磁控溅射技术、热喷涂技术和激光熔覆技术。激光熔覆制备非晶涂层技术是利用高能激光束直接扫描添加的合金粉末和金属基体，使其同时熔化并依靠基体的热传导产生快速冷却而获得非晶涂层的工艺过程。虽然国内外学者对激光熔覆非晶涂层进行了大量的探索，但从目前的研究现状来看，由于受到涂层材料与激光熔覆工艺的限制，制备的涂层厚度与非晶含量均偏低，且在制备过程中容易产生微裂纹；因此，激光熔覆非晶涂层的成分组成、工艺参数以及组织结构等方面的适当调控仍需深入探讨和研究。
另一方面，前期科技工作者们虽然设计了大量的非晶体系材料，但非晶涂层在制备过程中受到工艺条件的制约会使得涂层中的成分偏离了设计的名义成分，从而无法达到预计的材料性能，因此，需要结合涂层制备工艺特点，设计出适合于特定制备工艺条件的高非晶占比的合金体系。
超高速激光熔覆是近年来激光熔覆技术的新发展，其激光扫描速度要远高于传统激光熔覆，因此熔覆层的冷却凝固速率也要远高于传统激光熔覆，更利于非晶相的形成。但目前利用超高速激光熔覆制备非晶涂层的报道还不多见。
针对上述技术问题，本发明实施例提供一种非晶合金材料的确定方法，应用于超高速激光熔覆设备中。超高速激光熔覆设备用于对基材进行超高速激光熔覆。非晶合金材料的确定方法包括：
S101，连续向超高速激光熔覆设备输入不同配比的粉末，控制超高速激光熔覆设备在基材的不同区域形成不同的非晶合金材料熔覆层。
基于此，利用超高速激光熔覆设备，并向超高速激光熔覆设备中输入配比不同的粉末，在熔覆过程中连续调节粉末成分的中精确元素配比，之后控制超高速激光熔覆设备在同一个基材的不同区域上连续形成不同的非晶合金材料熔覆层，在此期间控制其他成型参数不变，保证了在同一基材不同区域上形成的非晶合金材料熔覆层除粉末成分和粉末配比之外其他成型参数的一致性，单独对粉末成分和配比进行优化，可以快速筛选出粉末成分和粉末配比的优化范围，便于后续的进一步筛选，同时还可以将筛选出的优化结果直接在超高速激光熔覆设备上应用到非晶合金材料涂层上。
作为一种可能的实现方式，超高速激光熔覆设备包括冷却装置、温度监测装置和激光熔覆装置。温度监测装置用于监测基材的温度。冷却装置用于冷却基材。激光熔覆装置用于对基材进行超高速激光熔覆。当连续向超高速激光熔覆设备输入不同配比的粉末，控制超高速激光熔覆设备在基材上的不同区域形成不同的非晶合金材料熔覆层时，非晶合金材料的确定方法还包括：利用温度监测装置实时监测基材的温度。当基材的温度高于预设温度时，控制冷却装置对基材进行冷却降温，以使基材的温度满足预设温度。
基于此，在对基材进行超高速激光熔覆的过程中，在优化粉末成分和粉末配比的阶段，为了确保同一基材不同区域上的非晶合金材料熔覆层之间只有粉末成分和粉末配比的不同，排除冷却速率和基材温度等对非晶比等熔覆结果的影响，可以利用温度监测装置来实时监测基材的温度，同时利用冷却装置来冷却基材。具体的，可以设定一个预设温度，在熔覆过程中，当基材的温度高于预设温度时，控制冷却装置对基材进行冷却降温，以保证在一次熔覆中基材的温度满足预设温度，始终保持恒定，进而使得同一基材可以在同一个冷却速率下实现超高速激光熔覆，排除冷却速率和基材温度等的影响。此外，对于处在优化粉末成分和粉末配比阶段的基材，采用同一熔覆工艺可以排除熔覆工艺的影响。
示例性的，激光熔覆装置的激光扫描速率≥1000mm/s，激光熔覆装置包括激光器、激光头和喷嘴。
在一些示例中，在优化粉末成分和粉末配比的阶段，保证在一次熔覆中基材的温度满足预设温度，始终保持恒定可以为，保证基材的温度波动在预设温度的±10℃内，即在优化粉末成分和粉末配比的阶段，确保基材的温度不超过预设温度10℃，同时也不小于预设温度10℃。
在一些示例中，冷却装置可以采用冷却液来实现对基材的冷却，冷却装置开启后，可以通过控制冷却液的流量、流速和冷却液的温度来控制保证基材的温度恒定。冷却液可以为去离子水、水/乙二醇混合物或盐水混合物等，通过制冷机将冷却液冷却到要求的温度，再通过管道输送至冷却辊中，在熔覆过程中，通过温度检测装置监测到的基材温度来实时控制水冷流量。根据选用的冷却液不同，基材温度最低可达到-20℃。由于水的比热容较大，故优选的冷却液为去离子水，优选的冷却装置为水冷装置，此时，冷却装置还包括水冷机。
示例性的，冷却装置可以在进行超高速激光熔覆前就开启，对基材进行降温。
在一些示例中，基材为平面型基材或空心棒状基材。为了配合超高速激光熔覆设备的高线速度，在熔覆过程中常采用基材转动的运动方式来实现高线速度，故无论是平面型基材还是空心棒状基材，在熔覆过程中都为旋转的基材。此时，超高速激光熔覆设备还包括高速转台，用于旋转基材。由于当基材为空心棒状基材时，冷却装置可以位于基材内，设置较为简单，且在冷却液流通的过程中能快速且均匀地冷却整个基材，故优选的基材为空心棒状基材。
示例性的，使用的基材均选用统一规格的基材。当基材为空心棒状基材时，例如可以选用内径为45mm、外径为50mm、厚度为5mm、长度≥500mm的空心棒材。
在一些示例中，基材具有相连接的熔覆区和未熔覆区，非晶合金材料熔覆层形成在熔覆区。利用温度监测装置实时监测基材的温度包括：利用温度监测装置实时获取熔覆区与未熔覆区交界处的基材的温度，即获取到的是靠近熔覆位置前方的基材的温度。在熔覆过程中，可以在沿激光扫描方向，激光光斑前侧的位置，进行基材温度的获取，根据获取到的熔覆区与未熔覆区交界处的基材的温度，控制冷却装置调节基材温度，保证每一道熔覆道都在同样温度的基材上形成。
示例性的，温度检测装置可以为红外测温仪。
在一些示例中，超高速激光熔覆设备还包括供粉机构。供粉机构用于向激光熔覆装置提供多种粉末。供粉装置包括送粉器和混粉器，混粉器用于混合不同种类的粉末，送粉器用于输送粉末，其中，送粉器可以为6～8桶高通量送粉器。
S102，调整激光熔覆参数，重复上述步骤，直到超高速激光熔覆设备在多个基材上均形成具有不同参数的非晶合金材料熔覆层。
基于此，利用超高速激光熔覆设备，向超高速激光熔覆设备中输入配比不同的粉末，在熔覆过程中连续调节粉末成分的中精确元素配比，控制超高速激光熔覆设备在同一个基材的不同区域上连续形成不同的非晶合金材料熔覆层，之后调整激光参数，采用同种方式在另一规格相同的基材上形成非晶合金材料熔覆层。重复上述步骤，直到超高速激光熔覆设备在多个基材上均形成具有不同参数的非晶合金材料熔覆层。同种规格的不同基材上相同区域处的非晶合金材料熔覆层之间仅激光熔覆参数不同，粉末成分与粉末配比均相同，单独对激光熔覆参数进行了优化，可以快速筛选出激光熔覆参数的优化范围，便于后续的进一步筛选，同时还可以将筛选出的优化结果直接在超高速激光熔覆设备上应用到非晶合金材料涂层上。
在一些示例中，激光熔覆参数包括激光扫描速率、激光功率、基材温度、熔覆道搭接率和整体送粉量。通过不断调整激光扫描速率、激光功率、基材温度、熔覆道搭接率和整体送粉量，利用超高速激光熔覆设备在相同规格的多个基材上形成非晶合金材料熔覆层，可以探索出不同的激光扫描速率、激光功率、基材温度、熔覆道搭接率和整体送粉量对于形成的非晶合金材料熔覆层的影响，进而根据需求对激光扫描速率、激光功率、基材温度、熔覆道搭接率和整体送粉量进行优化，寻求合适的激光熔覆参数。
S103，当多个基材中至少一个基材的测量区域的非晶合金材料熔覆层满足预设参数时，确定制备测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末为非晶合金材料的成分，确定制备测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末配比为非晶合金材料的成分配比，确定至少一个基材中任意一个基材的测量区域所在基材的激光熔覆参数为非晶合金材料的工艺参数。
基于此，对要求中的非晶合金材料设定预设参数，通过将多个基材中一个基材的测量区域的非晶合金材料熔覆层与预设参数相对比，当多个基材中至少一个基材的测量区域的非晶合金材料熔覆层满足预设参数时，将制备测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末确认为非晶合金材料的成分，将制备测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末配比确认为非晶合金材料的成分配比，将至少一个基材中任意一个基材的测量区域所在基材的激光熔覆参数确认为非晶合金材料的工艺参数，由此可得到符合要求的非晶合金材料的成分、成分配比与工艺参数，便于后续通过超高速激光熔覆设备制备符合要求的非晶合金材料涂层，无需工艺转换。
作为一种可能的实现方式，当多个基材中至少一个基材的测量区域的非晶合金材料熔覆层满足预设参数时，确定制备测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末为非晶合金材料的成分，确定制备测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末配比为非晶合金材料的成分配比，确定至少一个基材中任意一个基材的测量区域所在基材的激光熔覆参数为非晶合金材料的工艺参数包括：当多个基材的至少两个测量区域的非晶合金材料熔覆层均满足预设参数时，获取至少两个测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末配比、粉末成分以及至少两个测量区域所在基材的激光熔覆参数。利用至少两个测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末成分确定非晶合金材料的成分。利用至少两个测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末配比，确定非晶合金材料的成分配比。利用至少两个测量区域中的一个测量区域所在基材的激光熔覆参数确定非晶合金材料的工艺参数。
基于此，在设定好预设参数，将多个基材中至少一个基材的测量区域的非晶合金材料熔覆层与预设参数进行对比来得到最符合预设参数的非晶合金材料熔覆层的过程中，可以先筛选出均满足预设参数的多个基材的至少两个测量区域的非晶合金材料熔覆层，然后获取这些基材的至少两个测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末成分、粉末配比以及激光熔覆参数，利用这些参数，最终确定出满足预设参数的非晶合金材料的成分、成分配比以及工艺参数的最优选择，便于后续直接在超高速激光熔覆设备上制备满足预设参数的非晶合金材料涂层，无需工艺转换。
其中，在确定制备测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末为非晶合金材料的成分、及确定制备测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末配比为非晶合金材料的成分配比确定制备测量区域的非晶合金材料熔覆层的激光熔覆参数为非晶合金材料的工艺参数的过程中，可以将预设参数设定为要求的非晶合金材料的非晶相比例，缺陷统计数量及显微硬度等参数，此阶段的确定方法可以采用在截面处取样，然后在金相显微镜等观测金相的仪器下观测非晶合金材料熔覆层的金相，并检测出非晶比和统计缺陷数量，还可以在显微硬度计下测得非晶合金材料熔覆层的显微硬度，之后与预设参数相对比，筛选出均满足预设参数的多个基材的至少两个测量区域的非晶合金材料熔覆层。此阶段的确定方法还可以为切表面取样，然后进行磨损实验，电化学腐蚀实验等，此时的预设参数包括要求的非晶合金材料的物理及化学性能。在确定制备测量区域的非晶合金材料熔覆层的激光熔覆参数为非晶合金材料的工艺参数的过程中，可以对比粉末成分及粉末配比相同但激光熔覆参数不同的非晶合金材料熔覆层的非晶相比例、缺陷统计数量、显微硬度及在磨损实验，电化学腐蚀实验等中的表现，得出到不同粉末成分及粉末配比下的非晶合金材料熔覆层在超高速激光熔覆工艺中的工艺适应性能，进而得到优选的非晶合金材料的成分、成分配比及工艺参数。
此外，还可以先选出均满足预设参数的多个基材的至少两个测量区域的非晶合金材料熔覆层，样品然后利用这些基材的至少两个测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末成分、粉末配比以及激光熔覆参数制备出用于性能测试的熔覆层样品，然后对这些熔覆层样品进行耐磨、耐腐蚀等性能测试，最终选出最符合预设参数的非晶合金材料熔覆层，得到复合要求的非晶合金材料的成分、成分配比及工艺参数。基于此，本发明实施例提供的非晶合金材料的确定方法可以可以快速地筛选出非晶合金材料熔覆层的粉末成分、粉末配比及激光熔覆参数的优化范围，并在此基础上快速地制备出用于性能测试的熔覆层样品，最终筛选出最符合要求的非晶合金材料的成分、成分配比及工艺参数。
作为一种可能的实现方式，非晶合金材料熔覆层的厚度范围为大于或等于20μm。与常规的激光熔覆设备相比，本发明实施例采用超高速激光熔覆设备来进行熔覆，提高了非晶合金材料熔覆层的厚度，减少了熔覆过程中微裂纹的产生；并且，通过本发明实施例提供的非晶合金材料的确定方法，可以探索得到利用超高速激光熔覆设备来制备的非晶合金材料涂层的最大厚度。
采用上述技术方案的情况下，利用超高速激光熔覆设备，通过不断调节粉末的配比，可以在同一基材的不同区域上连续形成不同的非晶合金材料熔覆层；通过调整激光熔覆参数，可以在多个基材上形成具有不同参数的非晶合金材料熔覆层。当激光熔覆参数相同、粉末配比不同的同一基材上至少一个测量区域的非晶合金材料熔覆层满足预设参数时，可以将制备该测量区域上非晶合金材料熔覆层的粉末确定为需要的非晶合金材料的成分，将制备该测量区域上非晶合金材料熔覆层的粉末配比确定为需要的非晶合金材料的成分配比；当粉末配比相同、激光熔覆参数不同的至少一个基材中任意一个基材的测量区域的非晶合金材料熔覆层满足预设参数时，可以将制备该测量区域上非晶合金材料熔覆层时的激光熔覆参数确定为需要的非晶合金材料的工艺参数。基于此，利用超高速激光熔覆设备，本发明实施例提供的非晶合金材料的确定方法可以在一台设备上完成非晶合金材料的成分优化及工艺参数优化，并可保证在成分优化阶段除成分外其他成型参数的一致性，在工艺参数优化阶段除工艺参数外其他成型参数的一致性，可以快速筛选除优化的成分范围及工艺参数范围，开发出满足需要的非晶合金材料的成分、成分配比及工艺参数，同时还可以直接将开发出的非晶合金材料的成分、成分配比及工艺参数应用于制备非晶合金材料涂层上，无需工艺转换，解决了目前的非晶合金材料的开发和非晶合金材料涂层之间由于工艺条件制约导致的非晶合金材料涂层的成分偏离预设成分，无法达到预计的材料性能的问题。此外，利用超高速激光熔覆设备来实现非晶合金材料的开发与涂层制备，不仅可以获得高非晶占比的非晶合金材料，还可以提高制得的非晶合金材料涂层的厚度，减少制备过程中微裂纹的产生。
本发明实施例还提供一种非晶合金材料的确定装置200。参照图2，上述非晶合金材料的确定装置200执行的动作可以作为计算机指令存储在非晶合金材料的确定装置的存储器220中，存储器220中存储的计算机指令由处理器210来执行。
与现有技术相比，本发明实施例提供的非晶合金材料的确定装置200的有益效果与上述实施例提供的非晶合金材料的确定方法的有益效果相同，在此不做赘述。
非晶合金材料的确定装置200包括：处理器210和通信接口230，通信接口230和处理器210耦合，处理器210用于运行计算机程序或指令。非晶合金材料的确定装置200可以通过通信接口230与冷却装置、温度监测装置、激光熔覆装置以及供粉机构的驱动组件进行通信。
如图2所示，上述处理器210可以是一个通用中央处理器(centralprocessingunit，CPU)，微处理器，专用集成电路(application-specific integratedcircuit，ASIC)，或一个或多个用于控制本发明方案程序执行的集成电路。上述通信接口230可以为一个或多个。通信接口230可使用任何收发器一类的装置，用于与其他设备或通信网络通信。
如图2所示，上述非晶合金材料的确定装置200还可以包括通信线路240。通信线路240可包括一通路，在上述组件之间传送信息。
可选的，如图2所示，非晶合金材料的确定装置200还可以包括存储器220。存储器220用于存储执行本发明方案的计算机指令，并由处理器210来控制执行。处理器210用于执行存储器220中存储的计算机指令。
如图2示，存储器220可以是只读存储器(read-only memory，ROM)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(random access memory，RAM)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(electrically erasable programmable read-only memory，EEPROM)、只读光盘(compactdisc read-only memory，CD-ROM)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其它介质，但不限于此。存储器220可以是独立存在，通过通信线路240与处理器210相连接。存储器220也可以和处理器210集成在一起。
可选的，本发明实施例中的计算机指令也可以称之为应用程序代码，本发明实施例对此不作具体限定。
在具体实现中，作为一种实施例，如图2所示，处理器210可以包括一个或多个CPU，如图2中的CPU0和CPU1。
在具体实现中，作为一种实施例，如图2所示，非晶合金材料的确定装置200可以包括多个处理器210，如图2中的处理器210和处理器250。这些处理器中的每一个可以是一个单核处理器，也可以是一个多核处理器。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质中存储有指令，当指令被运行时，实现上述实施例中由非晶合金材料的确定装置执行的功能。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。计算机程序产品包括一个或多个计算机程序或指令。在计算机上加载和执行计算机程序或指令时，全部或部分地执行本发明实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、终端、用户设备或者其它可编程装置。计算机程序或指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，计算机程序或指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线或无线方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是集成一个或多个可用介质的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质，例如，软盘、硬盘、磁带；也可以是光介质，例如，数字视频光盘(digital video disc，DVD)；还可以是半导体介质，例如，固态硬盘(solid state drive，SSD)。
本发明实施例还提供一种超高速激光熔覆设备，该超高速激光熔覆设备包括冷却装置、温度监测装置、激光熔覆装置以及非晶合金材料的确定装置200。温度监测装置用于获取基材的温度。冷却装置用于冷却基材。激光熔覆装置用于对基材进行超高速激光熔覆。
与现有技术相比，本发明实施例提供的超高速激光熔覆设备的有益效果与上述实施例提供的非晶合金材料的确定方法的有益效果相同，在此不做赘述。
作为一种可能的实现方式，超高速激光熔覆设备还包括供粉机构。供粉机构用于向激光熔覆装置提供粉末。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种非晶合金材料的确定方法，其特征在于，应用于超高速激光熔覆设备中，所述超高速激光熔覆设备用于对基材进行超高速激光熔覆；所述非晶合金材料的确定方法包括：
连续向所述超高速激光熔覆设备输入不同配比的粉末，控制所述超高速激光熔覆设备在所述基材的不同区域形成不同的非晶合金材料熔覆层；
调整激光熔覆参数，重复上述步骤，直到所述超高速激光熔覆设备在多个所述基材上均形成具有不同参数的非晶合金材料熔覆层；
当所述多个基材中至少一个基材的测量区域的非晶合金材料熔覆层满足预设参数时，确定制备测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末为所述非晶合金材料的成分，确定制备所述测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末配比为所述非晶合金材料的成分配比，确定所述至少一个基材中任意一个基材的测量区域所在基材的激光熔覆参数为所述非晶合金材料的工艺参数。
2.根据权利要求1所述的非晶合金材料的确定方法，其特征在于，所述超高速激光熔覆设备包括冷却装置、温度监测装置和激光熔覆装置，所述温度监测装置用于监测所述基材的温度，所述冷却装置用于冷却所述基材，所述激光熔覆装置用于对所述基材进行超高速激光熔覆；
当连续向所述超高速激光熔覆设备输入不同配比的粉末，控制所述超高速激光熔覆设备在所述基材上的不同区域形成不同的非晶合金材料熔覆层时，所述非晶合金材料的确定方法还包括：
利用所述温度监测装置实时监测所述基材的温度，当所述基材的温度高于预设温度时，控制所述冷却装置对所述基材进行冷却降温，以使所述基材的温度满足预设温度。
3.根据权利要求2所述的非晶合金材料的确定方法，其特征在于，所述基材为平面型基材或空心棒状基材；当所述基材为空心棒状基材时，所述冷却装置位于所述基材内。
4.根据权利要求2所述的非晶合金材料的确定方法，其特征在于，所述基材具有相连接的熔覆区和未熔覆区，所述非晶合金材料熔覆层形成在所述熔覆区；所述利用所述温度监测装置实时监测所述基材的温度包括：
利用所述温度监测装置实时获取所述熔覆区与所述未熔覆区交界处的基材的温度。
5.根据权利要求2所述的非晶合金材料的确定方法，其特征在于，所述超高速激光熔覆设备还包括供粉机构，所述供粉机构用于向所述激光熔覆装置提供多种粉末。
6.根据权利要求1～5任一项所述的非晶合金材料的确定方法，其特征在于，所述当所述多个基材中至少一个基材的测量区域的非晶合金材料熔覆层满足预设参数时，确定制备测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末为所述非晶合金材料的成分，确定制备所述测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末配比为所述非晶合金材料的成分配比，确定所述至少一个基材中任意一个基材的测量区域所在基材的激光熔覆参数为所述非晶合金材料的工艺参数包括：
当所述多个基材的至少两个测量区域的非晶合金材料熔覆层均满足预设参数时，获取至少两个所述测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末配比、粉末成分以及至少两个所述测量区域所在基材的激光熔覆参数；
利用至少两个所述测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末成分确定所述非晶合金材料的成分，利用至少两个所述测量区域的非晶合金材料熔覆层的粉末配比，确定所述非晶合金材料的成分配比，利用至少两个所述测量区域中的一个测量区域所在基材的激光熔覆参数确定所述非晶合金材料的工艺参数。
7.根据权利要求6所述的非晶合金材料的确定方法，其特征在于，所述激光熔覆参数包括激光扫描速率、激光功率、基材温度、熔覆道搭接率和整体送粉量。
8.根据权利要求1～5任一项所述的非晶合金材料的确定方法，其特征在于，所述非晶合金材料熔覆层的厚度范围为大于或等于20μm。
9.一种非晶合金材料的确定装置，其特征在于，包括处理器和通信接口，所述通信接口和所述处理器耦合，所述处理器用于运行计算机程序或指令，以实现如权利要求1～8任一项所述非晶合金材料的确定方法。
10.一种超高速激光熔覆设备，其特征在于，所述超高速激光熔覆设备包括冷却装置、温度监测装置、激光熔覆装置以及权利要求9所述的非晶合金材料的确定装置；所述温度监测装置用于获取基材的温度，所述冷却装置用于冷却所述基材，所述激光熔覆装置用于对所述基材进行超高速激光熔覆。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115354319A (zh) * 2022-08-29 2022-11-18 江苏徐工工程机械研究院有限公司 一种大型筒类零件表面高硬耐蚀涂层结构及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190047050A1 (en) * 2017-06-05 2019-02-14 Guangdong University Of Technology Method for composite additive manufacturing with dual-laser beams for laser melting and laser shock
WO2019029534A1 (zh) * 2017-08-07 2019-02-14 南方科技大学 一种非晶合成与检测装置及应用、一种确定合金材料非晶形成能力的方法及应用
US20200324373A1 (en) * 2019-04-15 2020-10-15 Baolong Shen Iron-based amorphous nanocrystalline laser cladding composite coating, preparation method and test method thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190047050A1 (en) * 2017-06-05 2019-02-14 Guangdong University Of Technology Method for composite additive manufacturing with dual-laser beams for laser melting and laser shock
WO2019029534A1 (zh) * 2017-08-07 2019-02-14 南方科技大学 一种非晶合成与检测装置及应用、一种确定合金材料非晶形成能力的方法及应用
US20200324373A1 (en) * 2019-04-15 2020-10-15 Baolong Shen Iron-based amorphous nanocrystalline laser cladding composite coating, preparation method and test method thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115354319A (zh) * 2022-08-29 2022-11-18 江苏徐工工程机械研究院有限公司 一种大型筒类零件表面高硬耐蚀涂层结构及其制备方法
CN115354319B (zh) * 2022-08-29 2023-12-08 江苏徐工工程机械研究院有限公司 一种大型筒类零件表面高硬耐蚀涂层结构及其制备方法

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