发明内容
[0003] 本发明的目的是解决类金刚石薄膜涂层制备过程中的反应速率慢、涂层与基体结合强度不够和不能进行三维选区制备的问题，提供一种方便、快速、立体制备类金刚石涂层的方法。
[0004] 本发明所指的制备类金刚石薄膜的方法采用光纤激光熔覆碳纳米管，碳纳米管吸收激光能量迅速发生熔融，变为液态碳，随后又以极快的冷却速率冷却，金刚石形核并长大，在这极短的时间内产生了一个应力，发生了相变，一部分碳纳米管相变成了金刚石相，其与基体材料微熔的表层发生分子、原子级的扩散，形成了强固的冶金结合的类金刚石涂层，且极快的冷却速度导致非平衡凝固，获得的金刚石组织细小，近似纳米结构。采用光纤传输激光，配合机器人系统，加工柔性化程度极高，可进行三维选区立体制备涂层。本方法获得的类金刚石涂层厚度较厚且厚度均匀可控，反应时间快，涂层与基体的结合强度大。
[0005] 本发明的装置的构成：
[0006] 光纤激光器包括三个多模激光二极管泵浦源通过耦合器耦合，光纤光栅将泵浦源的尾纤与掺镱离子光纤盘熔接为一体，聚焦准直器与激光头通过光纤连接；双包层掺镱离子光纤，由纤芯、内包层、外包层和保护层组成，镱离子掺杂在纤芯中，内包层形状为六边形；
[0007] 光纤激光头与碳纳米管喷头通过螺纹连接固定，碳纳米管喷头底端为直径16mm的光束通道，其中间有一块圆形玻璃挡板，用来保护昂贵的激光头；六自由度机械手安装于真空腔的内壁，六自由度机械手夹持碳纳米管喷头以进行平移、旋转运动，适应多方位立体加工；真空腔为长方体，靠近腔体底面部分有一真空抽气泵，用来控制腔内气压；工件固定夹紧于工作台上；碳纳米管喷头上有四个入粉口，分布在粉末喷头横截面两条垂直直径的同一圆周上，其与送粉器通过导管相接；送粉器的顶端有一加粉口，工作时密封固定，送粉器腔内储有碳纳米管颗粒，通过氩气源载入氩气将碳纳米管通过导管送入四个入粉口，并在粉末喷头底端汇聚形成粉末流，与激光束发生作用；计算机系统控制光纤激光器的运作、激光参数的设置和控制六自由度机械手的运动。
[0008] 本发明实施方法为：
[0009] 1.用砂纸磨除工件表面的氧化层并抛光，然后使用乳化剂、无水乙醇除油清洗，最后干燥处理；
[0010] 2.打开真空腔，把工件定位夹紧在工作台上，光纤激光头通过螺纹连接在粉末喷头上，六自由度机械手夹持粉末喷嘴，关闭密封真空腔，使用真空抽气泵抽气，使内压达到-4 -210 ~10 Pa；
[0011] 3.在送粉器中添加碳纳米管，搅拌使其混合均匀，通入氩气，设置送粉量为10~20g/min，移动机械手，使喷头上四处粉末汇聚的地方位于预加工表面的平面内；
[0012] 4.打开光纤激光器，由计算机设置光纤激光的参数，激光功率为600~1200W，激光光斑直径为5~14mm，激光70%~80%能量被粉末流吸收， 20%~30%能量用于基体材料表层的微熔化。由计算机系统控制六自由度机械手，使得激光束与碳纳米管束流同步同轴扫描工件，搭接率为15~50%。
[0013] 本法明的有益之处：
[0014] 1.使用光纤激光器产生激光束，相比YAG激光器，效率高，寿命长，加工更加灵活，激光束可以方便达到工件的任何部位，且结构简单、散热效果好、光束质量高。采用光纤传输，不需要反射镜片，不用调整外光路，节能环保，激光器不消耗工作气体；
[0015] 2.送粉喷头采用载气同轴式设计，激光头与送粉喷头螺纹连接在一起，粉末束与激光束完全重合，且由于光纤的激光传播作用，可以走任意形式的曲线和进行三维立体加工；
[0016] 3.本方法获得的类金刚石涂层与基体结合强度高，加工时，碳纳米管完全熔化，基体材料表面微熔，二者在短时间内发生分子、原子级的交互扩散，形成强固的冶金结合，且基材只有微表层熔化，不影响基材的性能和不发生尺寸变形。
[0017] 4.本发明不仅适用于制备类金刚石涂层，还可以制备镍基、铁基、钴基、陶瓷等涂层，涂层厚度较厚且可控制。
