本發(fā)明涉及非晶噴涂技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種激光熱噴涂制備非晶鋁涂層的快速冷卻裝置。

背景技術(shù)：

激光表面改性技術(shù)是將現(xiàn)代物理學(xué)、化學(xué)、計(jì)算機(jī)、材料科學(xué)、先進(jìn)制造技術(shù)等多方面的成果和知識(shí)結(jié)合起來的高新技術(shù)。激光表面改性技術(shù)是采用大功率密度的激光束以非接觸性的方式加熱材料表面，借助于材料表面本身傳導(dǎo)冷卻，使金屬材料表面在瞬間(毫秒甚至微秒級(jí))被加熱或熔化。激光表面改性主要包括激光硬化(激光淬火)、激光表面合金化、激光熔覆等。這些方法的目的和應(yīng)用都是為了使工作面(各種鋼材及鑄鐵零件表面)獲得基材無法達(dá)到或者需要太大代價(jià)才能得到的高硬度、高耐磨性以及高耐腐蝕性等性能，從而實(shí)現(xiàn)既節(jié)約成本，又滿足工作要求的目的。

激光加工過程中，熱量的散失主要靠金屬構(gòu)件的基體向外傳導(dǎo)，隨層數(shù)累加，熱量的累積，其金屬構(gòu)件內(nèi)部的溫度梯度逐漸減小，這導(dǎo)致激光熔池的熱量無法快速擴(kuò)散出去，對(duì)于需要較高冷卻速率的金屬材料如非晶態(tài)的金屬構(gòu)件較高的冷卻速率有利于避免形成晶態(tài)的金屬構(gòu)件；對(duì)于熱膨脹系數(shù)較低的金屬材料，增加冷卻速度可以增加過冷度，而過冷度越大，形成的金屬構(gòu)件的晶粒越細(xì)小，構(gòu)件的性能就越優(yōu)異。

大塊非晶合金研究熱潮的興起正是基于制備技術(shù)的突破。大塊非晶合金的玻璃形成能力在以下情況會(huì)受到削弱：①多組元合金成分偏離了共晶或近共晶成分點(diǎn)；②原材料的純度不夠高；③在母合金熔配或者是成形過程中引入了雜質(zhì)；④成形前母合金的過熱度選擇不合適。

因此，減少冷卻凝固過程中的非均勻形核是制備大塊非晶的技術(shù)關(guān)鍵。目前主要的制備方法為：快速凝固法、熔體急冷法、深過冷等方法。熔體急冷法是制備非晶態(tài)合金的主要方法。其基本原理是把一層薄層液態(tài)金屬粘附在導(dǎo)熱性良好的金屬冷卻基底上，從而達(dá)到快速導(dǎo)熱、快速冷卻的目的。極高的冷卻速度可以有效地抑制液態(tài)金屬在冷卻過程中的形核和長(zhǎng)大，從而得到非晶態(tài)固體?？焖倌碳夹g(shù)一般指將液相凝固成固相，是一種非平衡的凝固過程，通常生成亞穩(wěn)相(非晶、準(zhǔn)晶、微晶和納米晶)，使粉末和材料具有特殊的性能和用途。深過冷指在盡可能消除異質(zhì)晶核的前提下，使液態(tài)金屬保持到液相線以下數(shù)百度，而后突然形核并獲得快速凝固組織的一種工藝方法。

目前關(guān)于激光熔覆、焊接等領(lǐng)域增大冷卻速率的技術(shù)已有報(bào)道，解決了薄壁零件在加工過程中的過度受熱、變形、過燒、燒穿等問題，說明采用適合的冷卻方式可以避免激光焊接、熔覆等過程中出現(xiàn)的變形、過燒等問題，但是并不利于制備非晶態(tài)金屬。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，同時(shí)為適應(yīng)激光噴涂技術(shù)的快速發(fā)展，提供一種可靠、穩(wěn)定、連續(xù)、可控的金屬粉末激光噴涂的冷卻裝置。本發(fā)明是基于熔體急冷法，其基本原理是把一層薄層液態(tài)金屬粘附在導(dǎo)熱性良好的金屬冷基底上，金屬基底內(nèi)通入液氮，從而達(dá)到快速導(dǎo)熱和冷卻。這種冷卻裝置可滿足壓力監(jiān)控、冷卻溫度監(jiān)控的需要。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種激光熱噴涂制備非晶鋁涂層的快速冷卻裝置，包括罐體、進(jìn)液管、排放管道、泄壓管道和冷卻箱，所述罐體包括內(nèi)層的內(nèi)膽和外層的外殼，所述內(nèi)膽和外殼之間形成密閉的真空腔，罐體的頂部設(shè)置有液氮注入口，所述液氮注入口通過液氮注入管道和內(nèi)膽內(nèi)部向連通，所述液氮注入管道的上端口設(shè)置有密封螺塞，內(nèi)膽的底部開設(shè)有液氮流出口，所述液氮流出口連通有增壓管，增壓管和真空腔相連通，所述罐體上還設(shè)置有用于控制液氮流出口關(guān)閉或開啟的增壓閥，內(nèi)膽內(nèi)還設(shè)置有液氮排出管道，所述液氮排出管道的下端延伸至靠近內(nèi)膽的底部，液氮排出管道的上端延伸至液氮注入管道的上端口且和進(jìn)液管的一端相連通，

冷卻箱的內(nèi)部具有液氮儲(chǔ)存腔，冷卻箱的側(cè)面設(shè)置有液氮進(jìn)口和液氮出口，液氮進(jìn)口和液氮出口均和液氮儲(chǔ)存腔相連通，冷卻箱的上表面內(nèi)還安裝有溫度傳感器，

進(jìn)液管的另一端和液氮進(jìn)口相連通，進(jìn)液管上安裝有電磁閥，所述電磁閥和溫度傳感器電連接，

所述排放管道的一端和液氮注入管道的上端口相連通，排放管道的另一端和液氮出口相連通，所述排放管道上設(shè)置有用于控制排放管道是否流通的排液閥，

所述泄壓管道的一端和液氮注入管道的上端口相連通，泄壓管道的另一端和真空腔相連通，所述外殼上還設(shè)置有真空封口，所述泄壓管道上設(shè)置有用于控制泄壓管道是否導(dǎo)通的排空閥。

為了能夠及時(shí)檢測(cè)內(nèi)膽中的壓力，所述罐體上還安裝有壓力表。

所述罐體上還安裝有安全閥。冷卻過程中安全閥將內(nèi)膽壓力控制在最高工作壓力之下，內(nèi)膽壓力一旦超過最高工作壓力，便會(huì)自動(dòng)開啟，排氣泄壓，保證使用安全性。

為了便于固定加工工件，所述冷卻箱的上表面上設(shè)置有用于固定加工件的夾具孔。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的激光熱噴涂制備非晶鋁涂層的快速冷卻裝置，可以避免激光焊接、熔覆等過程中出現(xiàn)的變形、過燒等問題；極高的冷卻速度(10⁵k/s～10⁶k/s)還可以有效地抑制液態(tài)金屬在冷卻過程中的形核和長(zhǎng)大，從而得到非晶態(tài)固體；可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)冷卻溫度，實(shí)現(xiàn)即時(shí)控制；冷卻過程安全可靠無污染。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明激光熱噴涂制備非晶鋁涂層的快速冷卻裝置的罐體1的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1俯視圖(并連上進(jìn)液管7和排放管道8)。

圖3是圖2的a-a剖視圖。

圖4是圖2的b-b剖視圖。

圖5是本發(fā)明激光熱噴涂制備非晶鋁涂層的快速冷卻裝置的冷卻箱2的俯視圖。

圖6是圖5的剖視圖。

圖中：1、罐體，1-1、內(nèi)膽，1-1-1、液氮流出口，1-2、外殼，1-3、真空腔，2、冷卻箱，2-1、液氮儲(chǔ)存腔，2-2、液氮進(jìn)口，2-3、液氮出口，2-4、夾具孔，3、液氮注入管道，4、增壓管，5、增壓閥，6、液氮排出管道，7、進(jìn)液管，8、排放管道，9、排液閥，10、溫度傳感器，11、泄壓管道，12、真空封口，13、排空閥，14、壓力表，15、安全閥，16、密封螺塞，17、電磁閥。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

如圖1所示，是本發(fā)明最優(yōu)實(shí)施例，一種激光熱噴涂制備非晶鋁涂層的快速冷卻裝置，包括罐體1、進(jìn)液管7、排放管道8、泄壓管道11和冷卻箱2，罐體1包括內(nèi)層的內(nèi)膽1-1和外層的外殼1-2，內(nèi)膽1-1和外殼1-2之間形成密閉的真空腔1-3，罐體1的頂部設(shè)置有液氮注入口，液氮注入口通過液氮注入管道3和內(nèi)膽1-1內(nèi)部相連通，液氮注入管道3的上端口設(shè)置有密封螺塞16，內(nèi)膽1-1的底部開設(shè)有液氮流出口1-1-1，液氮流出口1-1-1連通有增壓管4，增壓管4和真空腔1-3相連通，罐體1上還設(shè)置有用于控制液氮流出口1-1-1關(guān)閉或開啟的增壓閥5，內(nèi)膽1-1內(nèi)還設(shè)置有液氮排出管道6，液氮排出管道6的下端延伸至靠近內(nèi)膽1-1的底部，液氮排出管道6的上端延伸至液氮注入管道3的上端口且和進(jìn)液管7的一端相連通，

冷卻箱2的內(nèi)部具有液氮儲(chǔ)存腔2-1，冷卻箱2的側(cè)面設(shè)置有液氮進(jìn)口2-2和液氮出口2-3，液氮進(jìn)口2-2和液氮出口2-3均和液氮儲(chǔ)存腔2-1相連通，冷卻箱2的上表面內(nèi)還安裝有溫度傳感器10，

進(jìn)液管7的另一端和液氮進(jìn)口2-2相連通，進(jìn)液管7上安裝有電磁閥17，電磁閥17和溫度傳感器10電連接，

排放管道8的一端和液氮注入管道3的上端口相連通，排放管道8的另一端和液氮出口2-3相連通，排放管道8上設(shè)置有用于控制排放管道8是否流通的排液閥9，

泄壓管道11的一端和液氮注入管道3的上端口相連通，泄壓管道11的另一端和真空腔1-3相連通，外殼1-2上還設(shè)置有真空封口12，泄壓管道11上設(shè)置有用于控制泄壓管道11是否導(dǎo)通的排空閥13。

罐體1上還安裝有壓力表14。罐體1上還安裝有安全閥15。冷卻過程中安全閥15將內(nèi)膽1-1壓力控制在最高工作壓力之下，內(nèi)膽1-1壓力一旦超過最高工作壓力，便會(huì)自動(dòng)開啟，排氣泄壓，保證使用安全性。

冷卻箱2的上表面上設(shè)置有用于固定加工件的夾具孔2-4。

工作原理：在無泄漏的情況下，增壓閥5和排液閥9關(guān)閉，排空閥13開啟，真空封口12開啟，旋出頂部的密封螺塞16，向液氮注入管道3的上端口注入液氮，液氮流入內(nèi)膽1-1的底部，由于液氮注入管道3的上端口有液體注入并保持密封，因此內(nèi)膽1-1中的氣體會(huì)被向上壓，氣體進(jìn)入液氮注入管道3，排空閥13打開，然后從液氮注入管道3的上端口進(jìn)入泄壓管道11，氣體再進(jìn)入真空腔1-3，從真空封口12排出，完成液氮的注入。

冷卻時(shí)：密封螺塞16旋緊，排空閥13、排液閥9和真空封口12關(guān)閉，真空腔1-3中先抽真空，打開增壓閥5，電磁閥17打開，液氮從內(nèi)膽1-1的底部開設(shè)有液氮流出口1-1-1進(jìn)入增壓管4中，從而進(jìn)入真空腔1-3中，由于真空腔1-3的溫度是比內(nèi)膽1-1中的溫度要高的，因此真空腔1-3中的液氮很快會(huì)被汽化，產(chǎn)生氣體。由于被汽化的氮?dú)獾捏w積是液氮的600余倍，少量液氮汽化后獲得的大量氮?dú)庠丛床粩嗟赝ㄟ^已開啟的增壓閥5(由于真空腔1-3中是密閉的)，從增壓管4中進(jìn)入內(nèi)膽1-1中，進(jìn)入內(nèi)膽1-1中的氣體會(huì)移動(dòng)到內(nèi)膽1-1的上部，隨著氮?dú)膺M(jìn)入量的增多，使得內(nèi)膽1-1上部的氣壓越來越大，內(nèi)膽1-1液面上部空間的氮?dú)庵饾u開始對(duì)內(nèi)膽1-1內(nèi)的液面產(chǎn)生壓力，壓力表14指示內(nèi)膽壓力大小，當(dāng)壓力表值達(dá)到0.02mpa(可調(diào)整)時(shí)，開啟進(jìn)液管7上的控制閥，將內(nèi)膽1-1下部的液氮壓入液氮排出管道6的下端，使得液氮從液氮排出管道6進(jìn)入進(jìn)液管7中，然后液氮再?gòu)倪M(jìn)液管7進(jìn)入液氮進(jìn)口2-2，最終進(jìn)入冷卻箱2的液氮儲(chǔ)存腔2-1中，液氮充滿液氮儲(chǔ)存腔2-1后，關(guān)閉增壓閥5和控制閥，液氮暫存于液氮儲(chǔ)存腔2-1中。

由于具有良好的導(dǎo)熱性，冷卻箱2可快速冷卻到達(dá)冷卻目的。根據(jù)加工要求設(shè)定適當(dāng)?shù)膮?shù)，使得通過溫度傳感器10監(jiān)控冷卻箱2金屬基底溫度來控制電磁閥17的開關(guān)，即電磁閥17初始為開啟狀態(tài)，當(dāng)溫度傳感器10的所測(cè)溫度降至某一值時(shí)電磁閥17關(guān)閉。

冷卻結(jié)束后，由于液氮進(jìn)口2-2和液氮出口2-3均在冷卻箱2上一個(gè)相對(duì)靠近底部的位置，冷卻箱2內(nèi)的液氮液位較高，開啟排液閥9后，液氮儲(chǔ)存腔2-1中的液氮能夠從排放管道8中緩慢地排出，進(jìn)入液氮注入管道3的上端口，最終回到內(nèi)膽1-1中。由于液氮儲(chǔ)存腔2-1中的液氮越來越少，冷卻箱2內(nèi)上部的溫度回升，當(dāng)溫度回升到某設(shè)定值時(shí)，電磁閥17打開，完成液氮冷卻過程。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。