CN102453900B - 一种三金属复合板材的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种三金属复合板材的制造方法，其特点是在复合板材的基材表面采用激光熔覆成型的方法制造所需功能层金属板，当达到所需厚度后再采用激光熔覆复合板材的基材另一面，该面的熔覆材料与第一面的熔覆材料相同或不同，其步骤为：1）清理复合板材的基材表面的油污、氧化皮污物；2）探伤，不允许有裂纹、气孔缺陷；3）激光熔覆成型；4）检验，不允许有裂纹、气孔、夹杂。本发明为三金属复合板材制造提供了一种新的制造方法，并解决了传统方法制造金属复合板材的复合层组织不致密，厚度小，结合强度差，生产率低，对生产技术和设备要求高等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合板材的制造,特别是涉及一种激光熔覆三金属复合板材的制造方法。
背景技术
金属板材广泛应用于石油、化工、冶金、机械、医疗、轻工等各行各业，但大部分板材在使用时往往需要的只是其表面一层的性能，如磨损、腐蚀等，但制造时往往又需要整体制造，而某些高质量，高性能的金属板材我国还不具备生产的实力，多从国外进口，从而使某些具有高性能或特殊性能的板材价格较昂贵，同时也是资源的一种浪费。
鉴于此种情况，目前一种方法主要是采用电镀，喷涂等方法改变材料的表面性能，提高材料的利用率，而电镀，喷涂等方法属于分子间的结合，无法形成冶金结合，结合强度差，且涂层厚度较薄，而且由气孔率，涂层不致密；另一种方法是制造复合板材，它既具有复层材料的耐腐蚀、耐热、耐磨损等特殊性能，基层又具有结构要求的强度和刚度。
目前复合板材的制造主要方法有，高温烧结复合、爆炸复合、轧制复合、爆炸轧制复合等。高温烧结主要是在基材金属板上覆盖一层功能材料粉末，在高温下进行烧结，这中方法生产效率较低，浪费能源；爆炸复合及爆炸成型工艺是复合技术中最重要的技术，主要采用炸药作能源进行金属间焊接复合。该技术是一门介于金属物理学、爆炸物理学和焊接工艺学之间的边缘学科，对于不同金属材料的物理和化学性能，以及炸药的配置技术要求由非常深入的了解，因此技术门槛较高；轧制复合是采用压力加工工艺生产金属复合板的方法，由冷轧复合和热轧复合两种，其基本原理是将需要复合的两种金属按一定的配比和要求，送入轧机进行轧制，在轧机强大压力作用下，或与热作用相结合，使复合的两种金属板在整个截面上发生塑性变形，促使待复合表面变形、结晶、活化，随之形成平面状的冶金复合。但该方法要求具有强大压力的轧制设备及生产复合板的专业技术。
因此，选择适当的制造多金属复合板材的工艺，是所属领域亟待解决的课题。
激光熔覆是利用高能量密度的激光束在瞬间将零件基体表面微熔，同时使基材表面预置的金属合金粉末熔化，并快速凝固获得与基体成冶金结合，形成一种新型的复合材料，并且熔覆组织致密，从而达到恢复工件原设计尺寸形态和表面涂层强化的性能，并提高再建区域抗原工况环境的能力。
激光成型就是利用激光反复熔覆，在基材表面制备一种新的材料，并与基体形成冶金结合的再制造技术。
目前，关于利用激光熔覆工艺制备设备部件的专利和报道很多：例如，公开号为CN101205598的中国发明专利申请给出的《一种沉没辊轴套及其制造方法》，由不锈钢基体1和钴基激光熔覆层2两部分组成,钴基激光熔覆层2覆盖在不锈钢基体1之上，其制造方法,如下:1.加工不锈钢基体1;2.机械加工;3.激光熔覆,在不锈钢基体1外圆上,先熔覆打底层,再熔覆功能层;激光熔覆工艺参数为:激光功率3000～5000W,光斑直径为2～5MM,扫描速度2～10MM/S;4.机械加工至设计尺寸。
公开号为CN 1932079的中国发明专利申请给出的《一种冶金热轧辊表面激光纳米陶瓷合金化工艺》，其特征在于它包括以下工艺过程:(1)机加工轧辊去掉表面疲劳层,得到所需尺寸和形状,然后对激光将要辐照处理的一面进行研磨,去油污和适当的清洗;(2)用酚醛树脂粘接剂将纳米碳化物陶瓷涂料混合均匀,然后均匀地涂在预处理后的轧辊表面,预涂厚度为0.01～0.05MM,然后风干;(3)选用高功率CO
2
激光器对轧辊外表面预涂的纳米陶瓷涂料层进行快速扫描;工艺参数如下:激光功率P=1000～10000W,扫描速度V=1.5～20M/MIN,搭接率为15～35%,光斑直径为D=0.6～5MM。
公开号为CN101457378的中国发明专利申请给出的《一种激光成型电镀锌线导电辊及其制造方法》，包括基体,基体表面上覆盖有激光熔覆层,激光熔覆层的厚度为3～10MM,激光熔覆层与基体为冶金结合,所述的激光熔覆层为镍基合金粉末层或钴基合金粉末层或镍基合金粉末层与钴基合金粉末层的结合体。其的制造方法工序如下:A.制作导电辊基体;B.激光熔覆中间过渡层:先用横流连续CO
2
激光器在导电辊基体上熔覆一层镍基合金或钴基合金粉末打底,作为中间过渡层;经机械加工去除表面激光熔覆氧化皮后,再用横流连接CO
2
激光器在中间过渡层上熔覆耐磨性和耐蚀性能较好的镍基合金或钴基合金粉末作为表面功能层。
公开号为CN101204757的中国发明专利申请给出的《一种薄壁圆筒件的激光熔覆工艺》，其工艺参数是:熔池尺寸直径为2～5MM、扫描速度是15～40MM/S,功率:2000～5000W;按螺旋线进行熔覆;其特征在于:每条螺旋线的始点按圆周分区交替进行,区域顺序保持尽量大的夹角。这样,熔覆过程中加热时间极短,热量输入分布相对分散,而冷却时间长,因此零件的变形较小。
现有技术给出的上述技术方案虽能利用激光熔覆工艺对部分设备部件进行制备处理，取得一定的技术效果。但对其他特定的设备部件，例如像三层金属的复合板材这样的特定结构，现有激光熔覆工艺所提供的工艺参数已明显不能适应。
经本申请人检索查证：采用激光熔覆工艺制备三层金属的复合管材，国内尚无先例，国外也没有见到相关报道。因此，寻找出适当的采用激光熔覆制备三层金属的复合板材的工艺参数，仍需所属领域的技术人员进一步作出创造性的研究工作。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题，通过反复研究实验，提出了一种新的三金属复合板材的制造方法。该方法由于在金属板两面对称熔覆，可以控制复合板材的变形。对于在基材板材两面熔覆相同材料的复合层金属板，可采用熔覆相同的厚度来控制变形；对于两面熔覆不同材料的复合层金属板，可采用熔覆不同的厚度来控制变形。
本发明给出的技术方案是：这种三金属复合板材的制造方法，其特点是在复合板材的基材表面采用激光熔覆成型的方法制造所需功能层金属板，当达到所需厚度后再采用激光熔覆复合板材的基材另一面，该面的熔覆材料与第一面的熔覆材料相同或不同，对于在复合板材的基材两面熔覆相同材料的复合层金属板采用熔覆相同的厚度来控制变形，或对于在复合板材的基材两面熔覆不同材料的复合层金属板采用熔覆不同的厚度来控制变形，其工艺步骤如下：（1）清理复合板材的基材表面的油污、氧化皮污物；（2）探伤，包括着色探伤、X光探伤、超声波探伤、荧光探伤，不允许有裂纹、气孔缺陷；（3）激光熔覆成型：将复合板材的基材放在电磁铁工作台上，用压力矫形装置将复合板材的基材平整地压在电磁铁工作台上，然后通电，利用电磁铁产生的强大电磁力将复合板材的基材固定在电磁铁工作台上，移开压力矫形装置，激光熔覆成型复合板材的基材表面的复合层，熔覆完毕后，翻转复合板材的基材，用压力矫形装置将复合板材的基材再次平整地压在电磁铁工作台上，通电固定复合板材的基材，移开压力矫形装置，激光熔覆成型复合板材的基材另一面的复合层，最后，断电取下三金属复合板材；其中熔覆过程的工艺参数为：功率：1800~5000W，焦距：300~350mm，光斑直径：4~6mm，扫描速度：5~10mm/s，预置粉末厚度0.5~1.5mm。预置合金粉末成分为（质量百分数）：C：0.3~0.7%，Cr：20.0~35.0%，Si：0.5~1.5%，Ni：3.0~4.5%，B：0.5~0.8%，W：1.4~4.5%，Mn：0.1~0.3%，Mo：1.5~3.5%，Ce：0.01~0.05%，Fe余量；（4）检验，包括尺寸检验，无损探伤检验，要求不允许有裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.为三金属复合板材的制造提供了一种全新的制造方法。
2.采用激光熔覆成型工艺制造的三金属复合板材解决了传统方法制造金属复合板材的复合层组织不致密，厚度小，结合强度差，生产率低，对生产技术和设备要求高等问题。
附图说明
图1为激光熔覆成型用工装的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：两面相同熔覆材料的三金属复合滑板的制造。
滑板基材为45号钢，滑板基材表面熔覆合金粉末的化学成分为（质量百分数）C：0.3%，Cr：24.3%，Si：1.0%，Ni：3.5%，B：0.7%，W：1.5%，Mn：0.2%，Mo：3.1%，Ce：0.05%，Fe余量。
其工艺步骤如下：1.清理滑板表面的油污、氧化皮等污物。
2.探伤包括着色探伤、X光探伤、超声波探伤、荧光探伤等无损探伤，不允许有裂纹，气孔等缺陷。
3.采用自动控制的DL-HL-T5000激光器在滑板一面熔覆预置的合金粉末，直到熔覆层厚度达到所需的尺寸。然后翻转滑板熔覆另一面，直至达到所需尺寸。熔覆过程中的工艺参数为：功率：3500W，光斑直径：4mm，扫描速度：8mm/s，预置粉末厚度1.0mm。
4.检验，包括尺寸检验，无损探伤检验，要求不允许由裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
实施例2：两面不同熔覆材料三金属复合滑板的制造。
滑板基材为45号钢，滑板基材一面熔覆合金粉末的化学成分为（质量百分数）C：0.3%，Cr：24.3%，Si：1.0%，Ni：3.5%，B：0.7%，W：1.5%，Mn：0.2%，Mo：3.1%，Ce：0.05%，Fe余量；另一面熔覆合金粉末的化学成分为（质量百分数）C：0.5%，Cr：26.5%，Si：1.0%，Ni：4.0%，B：0.7%，W：2.5%，Mn：0.3%，Mo：3.2%，Ce：0.05%，Fe余量。
其工艺步骤如下：1.清理滑板表面的油污、氧化皮等污物。
2.探伤包括着色探伤、X光探伤、超声波探伤、荧光探伤等无损探伤，不允许有裂纹，气孔等缺陷。
3.采用自动控制的DL-HL-T5000激光器在滑板一面熔覆预置的合金粉末，直到熔覆层厚度达到所需的尺寸。然后翻转滑板熔覆另一面，直至达到所需尺寸。熔覆过程中的工艺参数为：功率：3500W，光斑直径：4mm，扫描速度：8mm/s，预置粉末厚度1.0mm。
4.检验，包括尺寸检验，无损探伤检验，要求不允许由裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
激光熔覆成型过程中使用的工装，主要包括电磁铁工作台（1），压力矫形装置（2）组成。
将金属板（3）放在工作台上，用压力矫形装置（2）将金属板（3）平整地压在电磁铁工作台（1）上，然后通电，利用电磁铁产生的强大电磁力将金属板（3）固定在电磁铁工作台（1）上，移开压力矫形装置（2），激光熔覆成型另一面复合层。熔覆完毕后，翻转金属板（3），用压力矫形装置（2）将金属板（3）再次平整地压在电磁铁工作台（1）上，通电固定金属板（3），移开压力矫形装置（2），激光熔覆成型另一面复合层，断电取下三金属复合板材。
该工装调整方便，操作简单，满足激光熔覆成型制造三金属板的作业要求。
Claims (1)
1.一种三金属复合板材的制造方法，其特征在于当所述的复合板材的基材为45号钢时，在复合板材的基材表面采用激光熔覆成型的方法制造所需功能层金属板，当达到所需厚度后再采用激光熔覆复合板材的基材另一面，该面的熔覆材料与第一面的熔覆材料相同或不同，对于在复合板材的基材两面熔覆相同材料的复合层金属板采用熔覆相同的厚度来控制变形，或对于在复合板材的基材两面熔覆不同材料的复合层金属板采用熔覆不同的厚度来控制变形，其工艺步骤如下：（1）清理复合板材的基材表面的油污、氧化皮污物；（2）探伤，包括着色探伤、X光探伤、超声波探伤、荧光探伤，不允许有裂纹、气孔缺陷；（3）激光熔覆成型：将复合板材的基材放在电磁铁工作台上，用压力矫形装置将复合板材的基材平整地压在电磁铁工作台上，然后通电，利用电磁铁产生的电磁力将复合板材的基材固定在电磁铁工作台上，移开压力矫形装置，激光熔覆成型复合板材的基材表面的复合层，熔覆完毕后，翻转复合板材的基材，用压力矫形装置将复合板材的基材再次平整地压在电磁铁工作台上，通电固定复合板材的基材，移开压力矫形装置，激光熔覆成型复合板材的基材另一面的复合层，最后，断电取下三金属复合板材；其中熔覆过程的工艺参数为：功率：1800~4000W，光斑直径：4~6mm，扫描速度：5~10mm/s，预置粉末厚度0.5~1.5mm，预置合金粉末成分按质量百分数为：C：0.3~0.7%，Cr：20.0~35.0%，Si：0.5~1.5%，Ni：3.0~4.5%，B：0.5~0.8%，W：1.4~4.5%，Mn：0.1~0.3%，Mo：1.5~3.5%，Ce：0.01~0.05%，Fe余量；（4）检验，包括尺寸检验，无损探伤检验，要求不允许有裂纹、气孔、夹杂缺陷。
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