一种利用纳秒脉冲激光熔覆制备涂层的方法及其装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用纳秒脉冲激光熔覆制备涂层的方法及其装置，属于材料表面激光熔覆制备涂层【技术领域】，目的在于解决现有纳秒脉冲激光熔覆中存在的问题。本发明通过在工件表面MOCVD沉积金属的同时，采用纳秒激光扫描工件表面，从而使金属熔覆在工件表面上，在工件表面上形成微米或亚微米级别厚度的涂层。本发明对基底材料无特殊要求，适用范围广，能满足平面工件和异形工件涂层制备的需要，制备的薄膜膜层具有致密、厚度可控（微米或者亚微米）、膜基结合牢固的优点，同时加工后工件的表面粗糙度不低于熔覆前，无需磨抛等二次加工，能够降低生产成本，同时采用本发明加工后，工件不变形，能够满足精密工件的加工需求。
【专利说明】一种利用纳秒脉冲激光熔覆制备涂层的方法及其装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料领域，尤其是材料表面激光熔覆制备涂层【技术领域】，具体为一种利用纳秒脉冲激光熔覆制备涂层的方法及其装置。
【背景技术】
[0002]激光熔覆是指通过不同的添料方式将所选择的涂层材料放置在被涂覆基体表面，经高能密度激光束辐照，使涂层材料与基体表面一薄层同时熔化并快速凝固，形成稀释率极低且与基体材料呈冶金结合的表面涂层，从而使基体表面耐热、耐磨、耐蚀、抗氧化及电气特性等性能得到显著改善的工艺方法。自1974年Gnanamuthu申请了一项利用激光熔覆技术在金属基体上熔覆一层金属涂层的专利后，激光熔覆技术得到了迅速发展，其已在机械制造与维修、汽车制造、纺织机械、航海与航天、石油化工等领域获得了广泛的应用。
[0003]截止到目前，激光熔覆所采用的激光器为大功率的连续激光或者毫秒量级的脉冲激光，激光熔覆深度以及熔覆层的厚度达到数十微米至毫米量级。而对于某些精密零件而言，仅仅需要微米甚至亚微米级的改性层，而现有的激光熔覆难以满足相应要求。同时，由于激光功率较大，熔覆道较深，造成熔覆件表面粗糙度也比较大，对于粗糙度要求较高的零件,往往需要磨抛等二次加工,使生产成本进一步增加。另外，由于激光功率较大,可能造成工件较大的温升，对于薄壁件以及异形件而言，激光熔覆则容易造成工件变形。
[0004]现对于连续激光、毫秒量级的脉冲激光而言，纳秒量级的脉冲激光(以下简称:纳秒脉冲激光)融化深度在微米量级，应用其处理工件的平均功率可以控制在数十瓦以下，因而采用纳秒量级的脉冲激光处理工件具有温升和粗糙度变化很小的优点。然而，纳秒脉冲激光在激光熔覆方面尚未获得应用，仅有少量研究。
[0005]张安峰等人(张安峰`，周志敏，朱刚贤，张景文，卢秉恒.准分子激光微加工与熔覆特性的研究进展，铸造技术，2007，8 (9): 1252~1256)采用纳秒脉冲激光熔覆碳钢和不锈钢表面，他们发现由于准分子激光瞬时产生很高的功率密度，在粉末与基体表面发生剧烈的光热交互作用，同时产生巨大等离子体冲击作用，吹掉部分预铺粉末。在高能脉冲作用下，熔液形成大量的小颗粒沉积在熔池周围。由于准分子激光的脉冲作用，熔池中有明显的液相冲击波纹，矩形熔池两头波纹幅值较大，这些沉积的小颗粒和波纹，严重影响熔覆层的表面质量，熔覆效果不好，难以满足实际加工的需要。
[0006]张永彬等(张永彬，宾韧，郎定木.纳秒脉冲激光熔覆温度场计算及薄膜飞溅机制分析，应用激光，2012，32 (6):464~468)通过磁控溅射在工件表面预沉积一定厚度的金属薄膜，再用激光进行熔覆，经过深入分析发现，薄膜与基底界面会形成界面热阻，而界面热阻会造成热传导的不连续，并出现薄膜收缩成融滴或薄膜剥落的情况。
[0007]因此，迫切需要一种新的纳秒脉冲激光融覆技术，以解决上述问题，促进纳秒激光融覆的应用。
【发明内容】
[0008]本发明的发明目的在于:针对张安峰等采用纳秒脉冲激光熔覆碳钢和不锈钢表面，在粉末与基体表面发生剧烈的光热交互作用，会吹掉部分预铺粉末，并产生大量的小颗粒和波纹，严重影响熔覆层的表面质量，熔覆效果较差，而张永彬等通过磁控溅射在工件表面预沉积一定厚度的金属薄膜，再用激光进行熔覆，薄膜与基底界面会形成界面热阻，界面热阻会造成热传导的不连续，并出现薄膜收缩成融滴或薄膜剥落情况发生的问题，提供一种利用纳秒脉冲激光熔覆制备涂层的方法及其装置。本发明改变了传统纳秒脉冲激光融覆的方法，提供一种全新的利用纳秒脉冲激光熔覆制备涂层的方法，通过在工件表面MOCVD沉积金属的同时，采用纳秒激光扫描工件表面，从而使金属熔覆在工件表面上，在工件表面上形成微米或亚微米级别厚度的涂层。本发明对基底材料无特殊要求，适用范围广，能满足平面工件和异形工件涂层制备的需要，制备的薄膜膜层具有致密、厚度可控(微米或者亚微米)、膜基结合牢固的优点，同时加工后工件的表面粗糙度不低于熔覆前，无需磨抛等二次加工，能够降低生产成本，同时采用本发明加工后，工件不变形，能够满足精密工件的加工需求。
[0009]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种利用纳秒脉冲激光熔覆制备涂层的方法，在真空条件下，通过MOCVD在工件表面沉积金属的同时，采用纳秒激光扫描工件表面，从而使金属熔覆在工件表面上，在工件表面上形成涂层。
[0010]在真空条件下，通过MOCVD在工件表面沉积金属镍的同时，采用纳秒激光扫描工件表面，从而使金属镍熔覆在工件表面上，在工件表面上形成涂层。
[0011]包括如下步骤:
(1)将工件放入真空室内，并对真空室内抽真空，再将工件加热至所需温度，恒温； (2)再采用MOCVD在工件表面沉积金属镍，在采用MOCVD在工件表面沉积金属镍的同时，采用纳秒脉冲激光在工件表面进行扫描，使MOCVD法中沉积的金属熔覆在工件表面上，并在工件表面上形成涂层；
所述步骤2中，金属沉积采用金属有机物。
[0012]所述金属有机物为羰基镍。
[0013]所述步骤I中，将工件放入真空室内，并对真空室内抽真空，再将工件加热至所需温度，恒温，然后用纳秒脉冲激光对工件表面进行激光溅射，为步骤2中MOCVD金属沉积提供清洁的表面。
[0014]包括如下步骤:
(1)将工件放入真空室内的样品台上，并对真空室内抽真空，再将工件加热至16(T200°C，保持恒温，然后用纳秒脉冲激光对工件表面进行激光溅射，为步骤2中MOCVD金属沉积提供清洁的表面；
(2)在步骤I对工件表面进行激光溅射完成后，再采用MOCVD对工件进行镍沉积，在采用MOCVD对工件进行镍沉积的同时，采用纳秒脉冲激光在工件表面进行扫描，以使MOCVD法中沉积的镍原位熔覆在工件表面上，并在工件表面上形成涂层；
所述步骤2中，镍沉积所采用的金属有机物源为羰基镍，沉积分压为I PalOPa ；
所述步骤2中，采用纳秒脉冲激光在工件表面进行扫描，所采用的纳秒脉冲激光能量密度为1000 mJ/CnT5000mJ/Cm2，相邻纳秒脉冲激光在工件表面的重叠率为30%~80%。[0015]所述步骤I中，对真空室内抽真空至IOPa以下。
[0016]所述步骤I中，采用纳秒脉冲激光对工件表面进行激光溅射，为步骤2中MOCVD金属沉积提供清洁的表面，其中所施加的纳秒脉冲激光能量密度为1000 mj/cm2^5000mj/cm2,重叠率为30%~80%。
[0017]所述步骤2中，采用MOCVD对工件进行镍沉积，镍沉积的速率为f 30微米/小时。
[0018]所述步骤2中，在脉冲激光连续两次扫描工件表面的时间间隔内，MOCVD沉积的涂层的厚度为I微米以下。
[0019]纳秒脉冲激光采用准分子激光器或者调Q YAG激光器产生。
[0020]用于前述利用纳秒脉冲激光制备涂层的方法的装置，包括真空室、设置在真空室上的透光玻璃窗口、与透光玻璃窗口相配合的激光扫描系统、与真空室相连的真空泵、用于工件加热的工件加热装置、用于检测真空室内温度的温度检测装置、通过管道与真空室内连通的金属有机物源、用于将金属有机物源中的金属有机物送入真空室内的载气源，所述载气源通过管道与金属有机物源相连，所述载气源与金属有机物源之间的管道上设置有阀门。所述真空室为石英真空室。
[0021]所述载气源与金属有机物源之间的管道上还设置有质量流量计。
[0022]所述真空室内设置有用于放置工件的样品台。
[0023]所述工件加热装置为设置在真空室上的感应加热线圈。
[0024]所述温度检测装置为热电偶。
[0025]MOCVD是金属有机`物化学气相沉积法的英文简称。 申请人:对张永彬等人所采用的方法分析后，认为采用该方法时，薄膜与基底界面会形成界面热阻，而界面热阻会造成热传导的不连续，同时纳秒脉冲激光作用在薄膜之上，瞬时加热效应会造成薄膜与基底间有较大的温差，而温差会以两种形式影响熔覆质量:(1)薄膜融化时，基底(即工件表面层)还没有融化，由于表面张力，薄膜收缩成融滴；(2)薄膜与基底产生较大的热应力，热应力导致生成的薄膜剥落。正是基于上述原因，导致了薄膜收缩成融滴或薄膜剥落情况的发生，因此，合理的覆层技术以及工艺是纳秒脉冲激光熔覆实施的关键。
[0026]本发明提供了一种利用纳秒脉冲激光熔覆制备涂层的方法及用于该方法的装置，本发明在真空条件下，通过MOCVD在工件表面沉积金属的同时，采用纳秒激光扫描工件表面，从而使金属熔覆在工件表面上，在工件表面上形成涂层。采用本发明能够在工件表面形成致密的、厚度可控(微米或者亚微米)的金属涂层，且金属涂层与工件(工件即基底)之间结合牢固，具有较好的表面质量，同时不会由于热应力造成工件的变形，能够满足精密工件的加工要求，适用于平面工件和异形工件，尤其是能解决现有技术在异性工件表面制备涂层困难的难题。同时，本发明克服了已有的激光熔覆技术所存在的涂层过厚、需要二次磨抛、工件升温变形、膜基结合不好、薄膜质量差等缺陷，能够满足工件制备微米级及亚微米级涂层的要求，且无需二次磨抛，能简化加工流程，缩短生产周期，不存在因温升所导致的工件变形，能保持工件的加工精度，满足精密工件的加工要求，成膜质量好，可用于在金属、合金、陶瓷等材料表面制备耐热、耐磨、耐蚀、抗氧化及电气特性等性能优良的涂层。通过控制纳秒脉冲激光的扫描速度与沉积速率，使在激光连续两次扫描工件表面的时间间隔内，MOCVD沉积在工件表面的镍涂层的厚度小于I微米。如沉积过厚，形成连续的镍金属膜，薄膜与基底界面会形成界面热阻，激光下次扫描在薄膜表面产生的瞬时加热效应会造成薄膜与基底间有较大的温差，从而影响熔覆效果。其中，原位熔覆是指:在进行MOCVD沉积金属镍的同时，进行激光熔覆，不需要将样品取出来进行处理，强调同时性。
[0027]进一步，在通过MOCVD在工件表面沉积金属之前，先用纳秒脉冲激光对工件表面进行激光溅射，从而除去工件表面的氧化层及油污等，为后续的MOCVD金属沉积提供清洁的表面。利用脉冲激光对工件表面进行溅射清洗，去除表面污染，激光的能量密度可以为1000mr5000mJ/cm2,重叠率为30%~80%。本发明中通过纳秒脉冲激光去除工件表面的氧化层和油污等，因而无需进行其他额外的清洗，即不需要采用其他方式对工件表面进行预处理。
[0028]若先在基底表面沉积一层连续的金属镀层，再进行纳秒脉冲激光处理，连续的镀层与基底会形成界面，从而在纳秒脉冲激光作用的时候产生界面热阻，由于纳秒脉冲激光作用产生的是瞬时高温，界面热阻会阻止热量传递到基底，激光只能加热镀层而不能加热基底，导致基底和镀层温差过大，膜基结合不牢而产生薄膜脱落。而采用本发明的方法能有效解决前述问题。
[0029]本发明中可以选用羰基镍作为金属有机物源，在真空条件下，通过在MOCVD沉积镍镀层的同时，对工件表面进行纳秒脉冲激光处理，可以同时加热基底(即工件表面)和刚刚沉积上的还没形成连续镀层的金属镍，使基底和镍镀层同时熔化，从而在工件表面形成合金层，消除基底和镀层温差过大的问题；通过改变沉积时间和沉积速率可以控制薄膜厚度，纳秒脉冲激光的熔池深度只有微米级；同时，由于本发明只有工件表面会升温，工件整体升温极小，因而工件不会产生变形。在MOCVD沉积镍薄膜的初期，尚未形成连续镀层时，即进行纳秒脉冲激光处理，纳秒脉冲激光既可以加热基底，又可以加热镍镀层，同时熔化基底以及镍镀层，在表面形成合金层。金属镍持续沉积，熔覆层连续生长，可以消除界面以及界面热阻，有效克服薄膜剥落以及收缩成融滴等问题。因此，本发明可以在工件表面制备致密的、厚度可控、与基底结合牢固、表面质量较好的镍镀层。
[0030]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:
(1)本发明制备的涂层与基底(基底即工件)结合牢固，不会产生涂层剥落或收缩成熔滴的问题；
(2)本发明在进行脉冲激光熔覆制备涂层之前，工件表面可无需特别的处理，可用纳秒脉冲激光进行激光清洗，去除工件表面的氧化层以及油污等，从而简化加工流程；
(3)本发明对基底材料无特殊要求，既可以熔覆低熔点金属，也可以熔覆高熔点金属、合金以及陶瓷，应用范围广；
(4)本发明对工件的形状没有特殊要求，既适用于平面工件又适用于异形工件，绕射性好，非常适合在曲面工件表面进行镀层；
(5)本发明中的镀层/涂层厚度可控，可以按需求控制熔覆层的厚度，满足实际要求，通过改变沉积速率和沉积时间，可以将涂层厚度控制在亚微米量级或微米量级，延长沉积时间可以继续增加镀层厚度，直至达到要求的厚度，薄膜质量和性能不变；
(6) 本发明的熔池深度只有微米级，只有工件表面会升温，工件整体升温极小，不会导致工件变形；
(7)本发明制备的薄膜膜层致密，表面粗糙度不低于熔覆前，无需磨抛等二次加工，生产工艺简单，且本发明所采用的纳秒量级的脉冲激光融化深度在微米量级，处理工件的平均功率可以控制在数十瓦以下，工件的粗糙度变化很小。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
图1为本发明所采用的装置示意图。
[0032]图2为165°C时镍薄膜沉积速率随气压变化的规律图。
[0033]图3为实施例2中采用本发明前的工件表面扫描电镜图。
[0034]图4为实施例2中采用本发明熔覆后的扫描电镜图。
[0035]图中标记:1为真空泵，2为石英真空室，3为工件加热装置，4为激光扫描系统，5为透光玻璃窗口，6为工件，7为样品台，8为温度检测装置，9为金属有机物源，10为阀门，11为质量流量计，12为载气源。
【具体实施方式】
[0036]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0037]本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0038]本发明实施例 中采用的装置如图1所示。
[0039]本发明采用的装置，包括石英真空室2、设置在真空室2内用于放置工件6的金属样品台7、激光扫描系统4、与真空室2相连的真空泵1、温度检测装置8、金属有机物源9、载气源12,真空室2上设置有透光玻璃窗口 5,激光扫描系统4与透光玻璃窗口 5相配合；工件加热装置3在本发明的实施例中选用感应加热线圈，感应加热线圈能够对工件6进行加热，并保持工件6恒温，从而为MOCVD提供反应条件；温度检测装置8可选用热电偶，其能够测定工件6的温度；金属有机物源9通过管道分别与真空室2内、载气源12相连，金属有机物源9在实施例中选用羰基镍源罐，其中含有羰基镍，载气源12选用氩气，采用载气将羰基镍源罐中的羰基镍送入真空室2内，载气源12与金属有机物源9之间的管道上分别设置有阀门10、质量流量计11。工件6放置在样品台7上，并处于透光玻璃窗口 5的焦点，透光玻璃窗口 5能使激光完全透过。激光扫描系统4输出纳秒脉冲激光并进行平动，由此控制激光作用在工件6表面的位置，进而激光在工件6上进行扫描。羰基镍储存在金属有机物源9，载气源12中的氩气通过质量流量计11进入金属有机物源9，并把羰基镍载入真空室2内。真空室2腔体可采用紫外熔融石英制成。
[0040]实施例1
1、熔覆前准备。打开真空室将铝工件放置在样品台上，关闭石英真空室，开启真空泵对石英真空室抽真空，直至真空度达到IPa量级。
[0041]2、对工件进行加热。开启感应加热线圈对工件进行加热，至热电偶显示温度达到165 °C，保持恒温。
[0042]3、激光清洗工件表面。开启激光扫描系统，对工件表面进行纳秒脉冲激光溅射清洗，纳秒脉冲激光能量密度为1000 mj/cm2，重叠率为30%，然后关闭激光扫描系统。[0043]4、激光熔覆。开启阀门，使氩气通过质量流量计进入羰基镍源罐，把羰基镍载入石英真空室，调节氩气流速，使真空室内羰基镍分压为IPa (沉积速率约为I~30微米/小时)，同时开启激光扫描系统，以波长为248纳米的KrF准分子激光扫描工件表面，脉冲能量密度为2000mJ/cm2，扫描速率为5mm/S。
[0044]5、激光溶覆30min后,关闭激光扫描系统，关闭阀门，关闭感应加热线圈，关闭真空泵，待工件冷却后，打开真空室，取出工件，即可在工件表面获得镍熔覆层。
[0045]实施例2
1、熔覆前准备。打开真空室，将铀工件放置在样品台上，关闭真空室，开启真空泵，对真空室抽真空，直至真空度达到IPa量级。
[0046]2、对工件进行加热。开启感应加热线圈对工件进行加热，至热电偶显示温度达到165 °C，保持恒温。
[0047]3、激光清洗工件表面。开启激光扫描系统，对工件表面进行纳秒脉冲激光溅射清洗，纳秒脉冲激光能量密度为1000 mJ/cm2，重叠率为30%，然后关闭激光扫描系统。
[0048]4、激光熔覆。开启阀门，使氩气通过质量流量计进入羰基镍源罐，把羰基镍载入真空室，调节氩气流速，使真空室内羰基镍分压为IPa (沉积速率约为I~30微米/小时)，同时开启激光扫描系统，以波长为248纳米的KrF准分子激光扫描工件表面，脉冲能量密度为2000mJ/cm2，扫描速率为 5mm/S。
[0049]5、激光溶覆30min后,关闭激光扫描系统，关闭阀门，关闭感应加热线圈，关闭真空泵，待工件冷却后，打开真空室，取出工件，即可在工件表面获得镍熔覆层。
[0050]图3为实施例2中采`用本发明前的工件表面扫描电镜图，图4为实施例2中采用本发明熔覆后的扫描电镜图。通过图3与图4的比较可知，采用本发明熔覆后，工件表面划痕消失，粗糙度下降，表面质量提高。
[0051]实施例3
1、熔覆前准备。打开真空室，将陶瓷工件放置在金属样品台上，关闭真空室，开启真空泵，对真空室抽真空，直至真空度达到IPa量级。
[0052]2、对工件进行加热。开启感应加热线圈对金属样品台和工件进行加热，至热电偶显示温度达到165°C,保持恒温。
[0053]3、激光清洗工件表面。开启激光扫描系统，对工件表面进行纳秒脉冲激光溅射清洗，纳秒脉冲激光能量密度为1000 mJ/cm2，重叠率为30%，然后关闭激光扫描系统。
[0054]4、激光熔覆。开启阀门，使氩气通过质量流量计进入羰基镍源罐，把羰基镍载入真空室，调节氩气流速，使真空室内羰基镍分压为IPa (沉积速率约为I~30微米/小时)，同时开启激光扫描系统，以波长为248纳米的KrF准分子激光扫描工件表面，脉冲能量密度为2000mJ/cm2，扫描速率为 5mm/S。
[0055]5、激光溶覆30min后,关闭激光扫描系统，关闭阀门，关闭感应加热线圈，关闭真空泵，待工件冷却后，打开真空室，取出工件，即可在工件表面获得镍熔覆层。
[0056]实施例4
1、熔覆前准备。打开真空室，将铜工件放置在样品台上，关闭真空室，开启真空泵，对真空室抽真空，直至真空度达到IPa量级。
[0057]2、对工件进行加热。开启感应加热线圈对工件进行加热，至热电偶显示温度达到190 C，保持恒温。
[0058]3、激光清洗工件表面。开启激光扫描系统，对工件表面进行纳秒脉冲激光溅射清洗，纳秒脉冲激光能量密度为3000 mJ/cm2，重叠率为60%，然后关闭激光扫描系统。
[0059]4、激光熔覆。开启阀门，使氩气通过质量流量计进入羰基镍源罐，把羰基镍载入真空室，调节氩气流速，使真空室内羰基镍分压为8Pa(沉积速率约为I~30微米/小时)，同时开启激光扫描系统，以波长为248纳米的KrF准分子激光扫描工件表面，脉冲能量密度为3000mJ/cm2，扫描速率为 8mm/S。
[0060]5、激光溶覆20min后,关闭激光扫描系统，关闭阀门，关闭感应加热线圈，关闭真空泵，待工件冷却后，打开真空室，取出工件，即可在工件表面获得镍熔覆层。
[0061]实施例5
1、熔覆前准备。打开真空室，将铜工件放置在样品台上，关闭真空室，开启真空泵，对真空室抽真空，直至真空度达到IPa量级。
[0062]2、对工件进行加热。开启感应加热线圈对工件进行加热，至热电偶显示温度达到175 °C，保持恒温。
[0063]3、激光清洗工件表面。开启激光扫描系统，对工件表面进行纳秒脉冲激光溅射清洗，纳秒脉冲激光能量密度为3500 mJ/cm2，重叠率为50%，然后关闭激光扫描系统。
[0064]4、激光熔覆。开启阀门，使氩气通过质量流量计进入羰基镍源罐，把羰基镍载入真空室，调节氩气流速，使真空室内羰基镍分压为IOPa (沉积速率约为I~30微米/小时)，同时开启激光扫描 系统，以波长为248纳米的KrF准分子激光扫描工件表面，脉冲能量密度为3500mJ/cm2，扫描速率为10mm/S。
[0065]5、激光溶覆22min后,关闭激光扫描系统，关闭阀门，关闭感应加热线圈，关闭真空泵，待工件冷却后，打开真空室，取出工件，即可在工件表面获得镍熔覆层。
[0066]其他实施例
同时， 申请人:采用称重法测试获得了基底温度为165°C时，镍薄膜沉积速率随气压变化规律，如图2所示。由图2可知，改变镍分压和熔覆时间，可以控制薄膜厚度为亚微米量级到微米量级。
[0067]本发明并不局限于前述的【具体实施方式】。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
【权利要求】
1.一种利用纳秒脉冲激光熔覆制备涂层的方法，其特征在于，在真空条件下，通过MOCVD在工件表面沉积金属的同时，采用纳秒激光扫描工件表面，从而使金属熔覆在工件表面上，在工件表面上形成涂层。
2.根据权利要求1所述利用纳秒脉冲激光熔覆制备涂层的方法，其特征在于，在真空条件下，通过MOCVD在工件表面沉积金属镍的同时，采用纳秒激光扫描工件表面，从而使金属镍熔覆在工件表面上，在工件表面上形成涂层。
3.根据权利要求1所述利用纳秒脉冲激光熔覆制备涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)将工件放入真空室内，并对真空室内抽真空，再将工件加热至所需温度，恒温； (2)再采用MOCVD在工件表面沉积金属镍，在采用MOCVD在工件表面沉积金属镍的同时，采用纳秒脉冲激光在工件表面进行扫描，使MOCVD法中沉积的金属熔覆在工件表面上，并在工件表面上形成涂层； 所述步骤2中，金属沉积采用金属有机物。
4.根据权利要求3所述利用纳秒脉冲激光熔覆制备涂层的方法，其特征在于，所述金属有机物为羰基镍。
5.根据权利要求3所述利用纳秒脉冲激光熔覆制备涂层的方法，其特征在于，所述步骤I中，将工件放入真空室内，并对真空室内抽真空,再将工件加热至所需温度,恒温,然后用纳秒脉冲激光对工件表面进行激光溅射，为步骤2中MOCVD金属沉积提供清洁的表面。
6.根据权利要求3-5任一项所述利用纳秒脉冲激光熔覆制备涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤:· (1)将工件放入真空室内的样品台上，并对真空室内抽真空，再将工件加热至16(T200°C，保持恒温，然后用纳秒脉冲激光对工件表面进行激光溅射，为步骤2中MOCVD金属沉积提供清洁的表面； (2)在步骤I对工件表面进行激光溅射完成后，再采用MOCVD对工件进行镍沉积，在采用MOCVD对工件进行镍沉积的同时，采用纳秒脉冲激光在工件表面进行扫描，以使MOCVD法中沉积的镍原位熔覆在工件表面上，并在工件表面上形成涂层； 所述步骤2中，镍沉积所采用的金属有机物源为羰基镍，沉积分压为I PalOPa ； 所述步骤2中，采用纳秒脉冲激光在工件表面进行扫描，所采用的纳秒脉冲激光能量密度为1000 mJ/CnT5000mJ/Cm2，相邻纳秒脉冲激光在工件表面的重叠率为30%~80%。
7.根据权利要求6所述利用纳秒脉冲激光熔覆制备涂层的方法，其特征在于，所述步骤I中，采用纳秒脉冲激光对工件表面进行激光溅射，为步骤2中MOCVD金属沉积提供清洁的表面，其中所施加的纳秒脉冲激光能量密度为1000 mj/cm2^5000mj/cm2,重叠率为309^80%。
8.根据权利要求3-7任一项所述利用纳秒脉冲激光熔覆制备涂层的方法，其特征在于，所述步骤2中，在脉冲激光连续两次扫描工件表面的时间间隔内，MOCVD沉积的涂层的厚度为I微米以下。
9.用于权利要求1-8任一项所述利用纳秒脉冲激光熔覆制备涂层的方法的装置，其特征在于，包括真空室、设置在真空室上的透光玻璃窗口、与透光玻璃窗口相配合的激光扫描系统、与真空室相连的真空泵、用于工件加热的工件加热装置、用于检测真空室内温度的温度检测装置、通过管道与真空室内连通的金属有机物源、用于将金属有机物源中的金属有机物送入真空室内的载气源，所述载气源通过管道与金属有机物源相连，所述载气源与金属有机物源之间的管道上设置有阀门。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述载气源与金属有机物源之间的管道上还设置有质量流量计。·
【文档编号】C23C16/02GK103849872SQ201410121125
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】张永彬, 陈志磊, 刘柯钊, 宾韧, 王小英 申请人:四川材料与工艺研究所