激光增材再制造技术是一种先进且绿色的制造技术,可以实现工业设备中的关键核心零部件修复,对发展循环经济和环境友好型社会具有重要促进作用。待修复零件通常体积庞大,运输成本高昂,往返运输周期长,往往需要现场进行修复。现有的大多数送粉式激光增材再制造技术在修复过程中会出现粉末逸散,逸散的粉末会加重设备运行过程中的损耗。为了解决激光增材再制造过程中的粉末逸散问题。本文提出了一种激光推进粉末成形方法,喷嘴采用光粉同路结构,在喷嘴下方连接抽气装置。粉末从侧面送入喷嘴后,经吸粉端抽出,可有效避免粉末逸散。通过研究激光对粉末的推力,研制出激光推进粉末成形的喷嘴原型,通过激光沉积实验进行检验,取得的主要研究结果如下:(1)设计了基于光粉同路的激光推进粉末成形喷嘴。首先通过激光辐照平行于基板水平面的粉末流,观测了粉末的运动状态变化,结果显示光纤激光的激光能量密度在10~6 W/cm~2以上时,粉末将克服气流的阻力,向下喷射。然后验证了粉末能够在自制光粉同路喷嘴中流动而不逸散。激光可以把粉末流中的粉末推出喷嘴,穿过粉末流的激光可以在基板上形成熔池,并接收喷出的粉末,最终实现有效沉积。(2)激光辐照粉末流会出现粉末脱离气流的喷射现象。通过实验结果发现,粉末受到的推力随着激光能量密度的升高而增大。涂覆吸光涂层的粉末相比无涂层时推力可提高至近十倍。粉末颗粒由于推力获得的加速度高出自身重力加速度,因而自身运动状态会发生改变,同时随着颗粒直径的增加,加速度值减小,小粒径粉末的运动状态更易受到推力影响。(3)采用双激光束辐照平行于基板运动的粉末流。通过实验发现,半导体激光的优势在于在穿越粉末后,在基板上大光斑易形成稳定的熔池,而光纤激光熔池有限。经过双激光束同时作用后,粉末在光纤激光作用下能够克服气流的阻力,然后进入半导体激光形成的熔池实现有效沉积。(4)通过雾汽示踪装置观察光-粉同路喷嘴的气流场,搭建了光内同路送粉喷嘴装置。通过实验结果发现,在上端封闭和通入保护气后,保护气流压制载粉气流上扬,气流对冲,分层后进入粉末回收装置。当粉末由下向上循环流动时,粉末不溢出,且当激光作用后,粉末在基材表面有较大的沉积量,沉积高度可达约数百微米。本文以解决现场激光增材再制造的粉末逸散问题为目标,对激光推进粉末成形过程中粉末受到的推力和成形工艺进行系统研究,实现在粉末无溢出的情况下沉积成形,研究成果可以为实现激光增材制造修复零部件等方面提供理论支持。