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专利号: 202111448031X
申请人: 温州职业技术学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-07-25
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种梯度功能复合材料超声辅助激光微熔覆装置,其特征在于,包括机架(3),以及安装在机架(3)上的预置片试样制备组件(1)和超声辅助激光微熔覆组件(2);

所述机架(3)包括脚轮(301)、桌腿(302)、台面(303)和平行桁架(304);平行桁架(304)设置在台面(303)上,桌腿(302)设置在台面(303)的四个角,用于支撑台面(303),脚轮(301)安装在桌腿(302)的底部;

所述预置片试样制备组件(1)包括底板(101)、第一超声振子组件(102)、模具格子板(103)、T形压板组件(104)、层板(105)、激光测距仪(106)、测距仪安装板(107)、垂直滑动板(108)、直线轴承(109)、导杆(110)、连接螺栓(111)、直线电机安装板(112)和直线电机(113);所述底板(101)分为上下两层,内部中空,依靠四个顶角立柱实现一体化连接;所述第一超声振子组件(102)与模具格子板(103)分别居中安装在底板(101)上层板的下方与上方;T形压板组件(104)包括了T形压板,以四行六列方式固定安装在层板(105)上;所述激光测距仪(106)通过测距仪安装板(107)固定在垂直滑动板(108)上,直线轴承(109)与导杆(110)同轴配合安装,直线轴承(109)共四组分布在垂直滑动板(108)四个顶角处,导杆(110)上下端分别固定在直线电机安装板(112)与底板(101)上,连接螺栓(111)共两组,对称设置在垂直滑动板(108)两侧,通过上下端螺纹配合以实现垂直滑动板(108)与层板(105)的连接;直线电机安装板(112)呈X形,其中部固定安装了直线电机(113),四个支脚设有定位孔用于锁紧导杆(110);

所述超声辅助激光微熔覆组件(2)包括激光微熔覆头组件(201)和超声辅助工作台组件(202);超声辅助工作台组件(202)设置在台面(303)左侧,激光微熔覆头组件(201)通过平行桁架(304)安装在台面(303)上;

所述激光微熔覆头组件(201)包括Y向电动模组(2011)、L形转接板(2012)、Z向电动模组(2013)、凸形安装板(2014)和激光微熔覆头(2015);Y向电动模组(2011)水平安装在平行桁架(304)上,Z向电动模组(2013)通过L形转接板(2012)安装在Y向电动模组(2011)上,激光微熔覆头(2015)通过凸形安装板(2014)安装在Z向电动模组(2013)上,激光微熔覆头(2015)在Y向电动模组(2011)与Z向电动模组(2013)驱动下完成Y向与Z向的移动;

所述超声辅助工作台组件(202)包括:X向电动模组(2021)、横向滑板(2022)、第二超声振子组件(2023)、工作台(2024)、辅助温控加热模块(2025)和金属隔板(2026);X向电动模组(2021)为一对,居中固定在台面(303)上,横向滑板(2022)两端分别与对应的X向电动模组(2021)配合安装,工作台(2024)固定在横向滑板(2022)中部,第二超声振子组件(2023)与辅助温控加热模块(2025)分别设置在工作台(2024)上层板的下方与上方,金属隔板(2026)呈九宫格状,将辅助温控加热模块(2025)进行隔断。

2.一种基于权利要求1所述梯度功能复合材料超声辅助激光微熔覆装置的激光微熔覆方法,其特征在于,具体包括如下步骤:步骤1:预置片试样粉末的制备:

1)称取石墨、电解铜粉和铁粉,并以石墨与铜粉不同质量比例进行梯度分组,得到N组铜基复合材料粉末,N大于等于4;

2)称取多层石墨烯,向其中加入无水乙醇,并进行超声分散,之后将多层石墨烯/无水乙醇混合溶液均匀分为N份;

3)将N组铜基复合材料粉末分别装入不同球磨罐中,倒入均分后的多层石墨烯/无水乙醇混合分散溶液及丙酮试剂后抽真空,采用行星式球磨机进行湿试球磨后进行真空干燥,获得N组不同质量参数的预置片试样粉末,即多层石墨烯/铜基复合材料弥散强化粉末;

步骤2:预置片试样的制备:

1)将裁切后的同尺寸平纹编织碳纤维布平铺在预置片试样制备组件的模具格子板底部,分别将每组预置片试样粉末均分为N份,依次分别装入模具格子中,并做标记;

2)启动模具格子板底部的第一超声振子组件,期间将混合粘结剂均匀喷洒在粉末表面,可同时实现粉末的均匀平铺与半湿式粘结;

3)然后将裁切后的同尺寸平纹编织碳纤维布平铺在粉末材料上方,根据制备预置片试样高度设置激光测距仪参数,启动直线电机驱动垂直滑动板、层板、T形压板组件同步下移,T形压板组件底部接触上层平纹编织碳纤维布并继续下压至预设位置并保持;

4)将模具格子板及内置的预置片试样放入真空干燥箱中烘干,冷却至常温后,脱模取样并进行标记;

步骤3:进行超声辅助激光微熔覆,具体包括:

1)选择基材,对其外表面进行激光清洗,去除基材表面的氧化膜、油污、杂质及水分;

2)将处理后的基材放置在组件辅助温控加热模块的上表面,并在两者的接触面边缘打上耐高温密封胶;待耐高温密封胶凝固后,启动第二超声振子组件;辅助温控加热模块用于提供恒定温度;

3)设定超声辅助激光微熔覆工艺参数,利用超声辅助激光微熔覆装置进行N道N层分步式激光微熔覆实验,逐层叠加N组预置片试样,且每层激光扫描N道路径,获得高厚度梯度功能复合材料激光微熔覆层试样。