CN101117712A

CN101117712A - 轧辊表面激光毛化与微合金化复合加工方法

Info

Publication number: CN101117712A
Application number: CN 200710045619
Authority: CN
Inventors: 胡德金; 刘红斌; 万大平
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2007-09-06
Filing date: 2007-09-06
Publication date: 2008-02-06

Abstract

本发明涉及一种材料加工技术领域的轧辊表面激光毛化与微合金化复合加工方法，具体为：在轧辊表面喷涂一层含合金微粉的薄膜，通过该合金微粉薄膜增加轧辊基体表面对激光光能的吸收，并且该合金微粉薄膜通过激光加热与基体材料熔融成新的合金材料，然后，在脉冲激光束作用下，与基体熔合形成毛化坑。本发明与现有的激光毛化方法有以下优势：轧辊表面能在激光毛化的同时进行微合金化，在保证毛化表面粗糙度的前提下，增加毛化点坑深，提高凸台高度与边缘清晰度，提高轧辊表面的硬度和磨擦磨损性能，延长轧辊的使用寿命。

Description

轧辊表面激光毛化与微合金化复合加工方法

技术领域

本发明涉及一种金属材料表面加工技术领域的方法，特别是一种轧辊表面激光毛化与微合金化复合加工方法。

背景技术

激光毛化是是近几年来发展起来的一门综合性新技术，它利用高能、高频的脉冲激光作用在轧辊表面，使之加热、熔化并部分气化，形成的熔池中液面表面张力和辅助气体的作用下，部分熔融金属被推至熔池边缘，由于激光的快热快冷的特性，该部分金属在熔池边缘迅速凝固，形成凸起，同时在熔池中间形成微坑结构。声光调Q的Nd:YAG激光器的平均功率较低，用于大型冷轧辊的毛化加工时表面粗糙度不高，毛化效果较差，毛化效率较低，难以满足大型轧辊加工的需要。采用高光束质量的CO₂连续激光进行脉冲调制后可克服这些不足。冷轧辊的磨损在工业上有重大意义，不仅降低轧机的运转率，导致固定费用增加，而且造成轧制的材料形状变化差异很大，影响产品质量。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利：高重频调制多脉冲YAG激光刻花系统及加工方法(ZL92113223.9)，采用多脉冲YAG激光束直接作用于轧辊表面，在辊面上形成具有一定形貌的毛化点。但这种毛化方法是借助辅助气体对轧辊表面的直接的熔凝的处理，熔凝坑深度浅、毛化点凸台不够明显，影响轧辊的轧制效果与轧制的冷轧板的质量。同时，毛化点，特别是毛化点凸缘的硬度，强度和摩擦磨损性能提高程度有限。检索中还发现，中国专利：金属轧辊表面高重频激光诱导放电毛化方法(公开号：CN 1789438A)通过在轧辊表面涂一层介电质薄膜，提出了一种利用高重频脉冲激光诱导放电的毛化方法，由于介电质薄膜使放电区域的发展受到限制，只有在激光直接照射区的薄膜被汽化后，才能在两极间形成放电通道。因而，所得到的毛化点直径比在无介电质薄膜时小得多，而且毛化坑较深，边缘较清晰。这种方法虽然改善了毛化形貌，但也存在同样的问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一轧辊表面激光毛化与微合金化复合加工方法，使其能够增加毛化点坑深，提高凸台高度与边缘清晰度，加强凸台强度，提高轧辊表面的硬度和磨擦磨损性能。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明在轧辊表面喷涂一层含合金微粉的薄膜，通过该合金微粉薄膜增加轧辊基体表面对激光光能的吸收，并且该合金微粉薄膜通过激光加热与基体材料熔融成新的合金材料，在脉冲激光束作用下，与基体熔合形成毛化坑。

所述合金微粉薄膜由合金微粉与乳胶混合后喷涂而成。

所述合金微粉与乳胶混合按照体积比约(2-6)∶1混合，混合物具有较好的流动性。

所述合金微粉的选择的范围很广，可以是各种常规激光合金化所用的通过激光重熔能提高轧辊表面性能的微粉，如Co基、Ni基或者WC、TiC等颗粒组成的金属陶瓷复合粉末等，颗粒粒度在10μm以下。合金粉末的选择可以是一种粉末或者几种的混合物，这取决于元素及化合物进入合金化层的可能性和合理性。

所述乳胶，是指：将具有粘性且易溶于酒精或丙酮的合成树脂，如2123酚醛树脂，用酒精或丙酮制成液状乳胶，浓度约为树脂饱和浓度的1/2。

所述喷涂，是指：采用喷涂装置，如喷枪，雾状喷涂于经乙醇、丙酮清洗的轧辊表面，使合金微粉与轧辊结合紧密、均匀，同时增加轧辊表面对激光光能的吸收。由于酒精或丙酮的挥发性，涂层能迅速吹干。

所述合金微粉薄膜，其厚度根据需要为0-0.5mm不等。

所述合金微粉与乳胶混合物可以在激光毛化之前喷涂也可以激光毛化、喷涂同时进行。

本发明合金微粉在脉冲激光的作用下与基体材料熔融成新的合金材料，在激光毛化的同时，完成轧辊表面的微合金化，合金材料分布于熔池的各个部分，大大加强了毛化凸台的硬度与磨擦磨损性能。另外，在激光毛化完成后，可以从轧辊表面去除其他未进行毛化处理的合金微粉，这样毛化凸台高度得到了提高，毛化点边缘更加清晰，同时，由于薄膜的厚度较小，相对于常规激光毛化方法，该方法对毛化表面的粗糙度影响也较小；通过改变合金微粉薄膜的厚度(0-0.5mm)可以控制凸台的曲率半径。这样以轧辊轧制过程中对钢板的咬合力和轧制的钢板的质量。

附图说明

图1为未喷涂合金微粉时得到的毛化点形貌。

图2为喷涂合金微粉后得到的毛化点形貌。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一：首先需要配置合金微粉与乳胶混合物，合金微粉采用WC+TiC+Co混合粉末，颗粒粒度2-4μm。采用2123酚醛树脂与酒精制成浓度为13％的乳胶，然后将配好的乳胶与合金粉末按照体积比约6∶1调和均匀，通过喷枪，雾状喷涂于经乙醇清洗的GCr15轧辊表面，使合金粉末与轧辊结合紧密、均匀，同时增加轧辊表面对激光光能的吸收。由于酒精的挥发性，涂层能迅速干燥。薄膜涂层厚度为0-0.5mm不等。合金微粉可以在激光毛化之前喷涂也可以激光毛化、喷涂同时进行。轧辊表面薄膜制备完成后，利用脉冲激光束对其进行毛化处理，毛化结束后，用酒精或丙酮对未毛化处进行清洗。毛化过程中，粘接剂挥发，合金材料与基体材料充分混合，从而实现轧辊表面的毛化和微合金化复合加工处理。

图1、2分别为未喷涂合金微粉和喷涂合金微粉后时得到的毛化点形貌。可见，无合金微粉薄膜时得到的毛化点深高分别达到6.1μm，而合金微粉薄膜时得到的毛化点深高分别达到9.5μm和8.2μm，较之图1未喷涂合金微粉时得到的毛化点，毛化坑深度和高度都有所增加。这是由于在同样激光加工条件下，喷涂合金微粉后，材料表面对激光的吸收率增加，表面获得的激光能量增加，相应地，金属熔化量增加，毛化坑变深；同时，当去除毛化点周围未熔化的金属膜时，毛化点凸缘高度相对地提高。通过测试，未喷涂合金微粉和喷涂合金微粉后时得到的凸台表层平均硬度分别为HV870和HV1020。通过销盘磨损试验，在相同磨损条件下，毛化微合金化的表面的磨损量较直接毛化的表面的磨损量缩小约20％。

实施例二：合金粉末选择WC-Cr粉末(Cr重量比30％)，颗粒粒度小于10μm。采用2123酚醛树脂与丙酮制成浓度为13％的乳胶，然后将配好的乳胶与合金粉末按照体积比约2∶1调和均匀，薄膜涂层厚度根据需要为0-0.5mm不等。喷涂处理的方法同实施例一，毛化之后，较之直接毛化方法，毛化坑深度和高度都有所增加。涂层硬度达到HV900左右，干摩擦状态下，表面耐磨性提高约10％。

实施例三：合金粉末选择WC-Co粉末(Co重量比10％)，颗粒粒度小于10μm。将聚乙烯醇缩丁醛酒精溶液与合金粉末按照体积比约3∶1调和均匀，薄膜涂层厚度为0-0.5mm不等。喷涂处理的方法同实施例一，毛化之后，较之直接毛化方法，其毛化坑深度和高度都有所增加。涂层硬度达到HV1000左右，干摩擦状态下，表面耐磨性提高约15％。由于合金化的作用，毛化点各部分的硬度和摩擦磨损性能也相应地得到提高。

Claims

1.一种轧辊表面激光毛化与微合金化复合加工方法，其特征在于：在轧辊表面喷涂一层含合金微粉的薄膜，通过该合金微粉薄膜增加轧辊基体表面对激光光能的吸收，并且该合金微粉薄膜通过激光加热与基体材料熔融成新的合金材料，在脉冲激光束作用下，与基体熔合形成毛化坑。

2.如权利要求1所述的轧辊表面激光毛化与微合金化复合加工方法，其特征是：所述合金微粉薄膜由合金微粉与乳胶混合后喷涂而成。

3.如权利要求2所述的轧辊表面激光毛化与微合金化复合加工方法，其特征是：所述合金微粉与乳胶混合按照体积比2-6∶1混合。

4.如权利要求1或2或3所述的轧辊表面激光毛化与微合金化复合加工方法，其特征是：所述合金微粉，其颗粒粒度在10μm以下。

5.如权利要求2或3所述的轧辊表面激光毛化与微合金化复合加工方法，其特征是：所述乳胶是指：将具有粘性且易溶于酒精或丙酮的合成树脂，用酒精或丙酮制成液状乳胶，浓度为树脂饱和浓度的1/2。

6.如权利要求5所述的轧辊表面激光毛化与微合金化复合加工方法，其特征是：所述合成树脂为2123酚醛树脂或聚乙烯醇缩丁醛。

7.如权利要求1或2所述的轧辊表面激光毛化与微合金化复合加工方法，其特征是：所述喷涂，是指：采用喷涂装置，雾状喷涂于经乙醇、丙酮清洗的轧辊表面，使合金微粉与轧辊结合紧密、均匀。

8.如权利要求1或2所述的轧辊表面激光毛化与微合金化复合加工方法，其特征是：所述合金微粉薄膜，其厚度为0-0.5mm。

9.如权利要求1或2所述的轧辊表面激光毛化与微合金化复合加工方法，其特征是：所述合金微粉薄膜在激光毛化之前喷涂，或激光毛化、合金微粉薄膜喷涂同时进行。