CN102465291B - 采用激光熔覆技术制备扁头套自润滑耐磨层的方法 - Google Patents

Abstract

一种采用激光熔覆技术制备扁头套自润滑耐磨层的方法，其特点是：先清理、打磨扁头套待激光熔覆的表面部位，将氧化层和疲劳层去除干净；然后激光熔覆，熔覆层采用梯度功能材料，表面耐磨层选用具有自润滑性能的钴基粉末材料，在耐磨层和基材之间，采用具有优良抗冲击性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末；最后对熔覆前后的尺寸检测，确定熔覆厚度，通过着色探伤检测，确保熔覆层无裂纹、气孔、夹杂缺陷。本发明具有扁头套的耐磨层与基体结合强度高、自润滑性能好、适应性强、操作简单、加工误差小、耐磨层的厚度均匀等特点。

Description

采用激光熔覆技术制备扁头套自润滑耐磨层的方法

技术领域

本发明涉及一种冶金设备零部件的耐磨抗蚀方法，特别是涉及一种采用激光熔覆技术制备扁头套自润滑耐磨层的方法，属于IPC国际专利分类表中的C23C24/10(2006.01)I技术领域。

背景技术

扁头套是冶金行业热轧线上的零部件，其作用是将电动机输出的扭矩传递到轧辊上，是热轧机械主传动系统的关键零部件之一。

机械主传动系统工作的特点是启动、制动频繁，经常受到突然加载的作用。这种由诸多外干扰引起的不稳定的运转过程，对轧机机械主传动系统工作影响大，严重影响精轧机机械主传动系统的使用寿命。特别是对轧机机械主传动系统中扁头套的影响尤其突出，造成扁头套使用寿命短，同时影响轧钢质量。

扁头套的失效形式主要是扁头套与轧辊的扁头配合面处出现磨损，在现有技术中防止磨损的常用方法是在表面进行强化处理，例如提供表面淬火或渗入离子后再进行表面淬火来提高表面硬度。

受淬火工艺的影响，表面淬火的硬层较薄，仅有0.1～3mm，而非淬火部位的硬度较小，在腐蚀、冲击工况条件下，表面硬层很快就失去作用。

另外一种方法是在扁头套与传动轴之间使用耐磨板，耐磨板是用螺栓同扁头套联接在一起的。由于螺栓联接之间存在一定距离，因此整个平面内耐磨板与扁头套之间的压力是不一样的，在使用过程中，耐磨板对扁头套还是存在磨损现象。

因此，选择适当的扁头套耐磨层制造方法，使耐磨层与基体结合强度高、且具有一定的韧性，是当前亟待解决的课题。

激光熔覆技术作为一种先进的再制造技术，近年来得到了迅速推广和广泛应用。

激光熔覆技术利用高能量激光束聚集能量极高的特点，瞬间将在基材表面预置或与激光同步自动送置的、具有特殊物理、化学或力学性能的合金粉末完全熔化，同时基材部分熔化，形成一种新的复合型材料，激光束扫描后快速凝固，获得与基体冶金结合的致密覆层，以达到恢复几何尺寸和表面强化的目的。

目前，关于利用激光熔覆工艺进行设备部件强化的专利和报道很多：例如，

公开号为CN1202534的中国发明专利申请给出的《金属表面等离子喷涂后激光熔覆制备陶瓷涂层的方法》，该方法是先在金属表面用等离子喷涂方法制备陶瓷涂层，然后在激光照射的同时，将陶瓷粉末喷向涂层表面，对陶瓷涂层进行二次熔覆处理。

公开号为CN1786272的中国发明专利申请给出的《激光熔覆镍基纳米WC/Co预涂层的制备方法》，该制备方法包括下列步骤：①按每克重的虫胶与10～20克重的无水乙醇称量虫胶和无水乙醇，然后将所述的虫胶加入无水乙醇中制成粘结剂；②根据需要按每克镍基纳米WC/Co粉末与0.1毫升～0.25毫升的粘结剂的比例，称量镍基纳米WC/Co粉末和所述的粘结剂并混合，充分搅拌均匀制成预涂胶；③将上述预涂胶均匀地涂在待激光熔覆处理的工件表面，制成预涂层；④烘干。采用自制的粘结剂制备镍基纳米WC/Co预涂层，然后再采用激光熔覆工艺，制备出了表面较平整，较细密、基本消除了裂纹与孔隙并与基体呈冶金结合的镍基纳米WC/Co复合涂层。

公开号为CN101338427的中国发明专利申请给出的《液压支架立柱缸筒、活塞杆耐磨抗蚀涂层的激光熔覆工艺》，包括以下工艺过程：首先立柱缸筒、活塞杆表面预处理：室温下对立柱缸筒、活塞杆表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净；然后合金粉末的选择和自动送粉装置的调节：选用具有优良耐磨抗蚀性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，铁基合金粉末的成份中主要含有Fe、C、Cr、Ni、Mo、Si、N、Nb、Ta、B；最后自动送粉装置的调节：调节自动送粉装置，使自动送粉头出来的合金粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量，使合金粉末涂层的厚度达到0.6-1.2mm。

公开号为CN101338425的中国发明专利申请给出的《铁路道岔滑床板表面耐磨抗蚀合金涂层激光熔覆工艺》，包括以下工艺过程：首先滑床板表面预处理，即在室温下对滑床板表面进行除油除锈，并用酒精清洗干净；然后是合金粉末的预置，即把待熔覆的铁基、镍基或钴基合金粉末预置于上述处理后的滑床板表面，并用带有导轨的刮尺来调整预制合金粉末，使之均匀分布在滑床板表面并具有适当的厚度，以满足熔覆后涂层厚度的要求；最后是光熔覆强化滑床板，选用气体CO₂激光器，工作台为数控机床，在滑床板表面进行激光熔覆强化。

公开号为CN101338428的中国发明专利申请给出的《镐形截齿齿体头部激光熔覆耐磨涂层强化工艺》，包括以下工艺过程：首先是截齿齿体头部表面预处理；然后是合金粉末的选择和自动送粉装置的调整；最后是截齿头部激光熔覆耐磨合金涂层。

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防腐耐磨涂层处理，并通过配制适当的熔覆材料克服了激光熔层存在的裂纹、气孔和微观结构不均匀性的问题，取得一定的技术效果。但对其他特定的设备部件，例如像扁头套的特殊工作条件结构，现有的激光熔覆工艺参数已明显不能适应。

经本申请人检索查证：采用激光熔覆工艺完成扁头套耐磨层制造，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工艺完成煤扁头套耐磨层制备的方法，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

本发明的目的在于针对现有技术对扁头套耐磨层理难的课题，通过反复研究改进，给出了一种新的采用激光熔覆技术制备扁头套自润滑耐磨层的方法，该耐磨层的制造方法可使扁头套的耐磨层与基体结合强度高、具有自润滑性能、适应性强、操作简单、加工误差小、耐磨层的厚度均匀，该耐磨层的制造方法明显优于现有的技术。

本发明给出的技术方案是：这种采用激光熔覆技术制备扁头套自润滑耐磨层的方法，其特点是有以下步骤：

(1)清理、打磨扁头套待激光熔覆的表面部位，将氧化层和疲劳层去除干净；

(2)激光熔覆，激光熔覆的设备是5000w二氧化碳气体激光器，熔覆层采用梯度功能材料，表面耐磨层选用具有自润滑性能的钴基粉末材料，钴基粉末材料中含有Ni、W、Cr、C、Mn、Fe、Co元素，熔覆参数为光斑直径4mm，熔池深度为0.1～0.2mm，激光功率为2500W～4000W，搭接1mm，扫描速度6～8mm/s，置粉厚度1mm；在耐磨层和基材之间，采用具有优良抗冲击性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，铁基合金粉末的成份中含有C、Cr、Ni、Mo、Fe元素。熔覆参数为光斑直径4mm，熔池深度为0.1～0.2mm，激光功率为2500W～4000W，搭接1mm，扫描速度6～8mm/s，熔覆层厚度2～3mm；

3.检测：通过使用千分尺对熔覆前后的尺寸检测，确定熔覆厚度；通过着色探伤检测，确保熔覆层无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。

本发明选用的钴基粉末材料的化学成份按重量百分数为：

C：0.75、～0.95；Cr：24～26；Fe：0～1.0；Mn：0～0.3；Ni：9.3～11.3；W：7.0～8.0；Co：余量。

本发明选用的铁基合金粉末的化学成份按重量百分数为：

C：0.1～0.23；Cr：13～15；Mo：0.4～1.0；Ni：4～6；Fe：余量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于耐磨层采用了带有自润滑性能的钴基材料，表面的耐磨性能是扁头套基材的20倍以上，由于采用了具有优良抗冲击性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末作为中间过渡层，保证了表面耐磨层不会因为与基材的性能相差过于悬殊而导致的表层碎裂失效。

具体实施方式

实施例取现场因磨损失效的扁头套一个，制造耐磨层。

工艺步骤如下：

1、检测并记录扁头套磨损厚度。

2、将需要熔覆的部位进行打磨，将氧化层和疲劳层去除干净。

3、激光熔覆：

A、将锅炉管固定在激光器数控加工机床上，保证待熔覆平面为水平状态。

B、激光熔覆，首先熔覆含有C、Cr、Ni、Mo、Fe的铁基合金粉末，熔覆参数为光斑直径4mm，熔池深度为0.1～0.2mm，激光功率为2500W～3000W，搭接1mm，扫描速度6～8mm/s，熔覆层厚度4mm。

C、对熔覆层机械加工，保证铁基材料的熔覆层厚度为3mm。

D、再次进行激光熔覆，熔覆材料选用含有Ni、W、Cr、C、Mn、Fe、Co的具有自润滑性能的钴基粉末材料，

熔覆参数为光斑直径为4mm，激光功率3000W～4000W，熔池深度为0.1～0.2mm，搭接1mm，置粉厚度1mm，扫描速度6mm/s。

4、机械加工：

对熔覆完成的扁头套进行机械加工，恢复原尺寸。

5、质量检测

尺寸检测，测量加工后的扁头套尺寸，得到表层厚度为1mm左右的具有耐磨性能的熔覆层。着色探伤检测，保证熔覆层无裂纹、气孔等夹杂。

本实施例选用的钴基粉末材料的化学成份按重量百分比为：C：0.85，Cr：25，Fe：0.5；Mn：0.15；Ni：10.3；W：7.5；Co：余量。

本实施例选用的铁基合金粉末的化学成份按重量百分比为：C：0.15，Cr：14，Mo：0.7，Ni：5，Fe：余量。

Claims (1)

1.采用激光熔覆技术制备扁头套自润滑耐磨层的方法，其特征在于有以下步骤：

（1）检测并记录扁头套磨损厚度；

（2）将需要熔覆的部位进行打磨，将氧化层和疲劳层去除干净；

（3）激光熔覆：

A、将锅炉管固定在激光器数控加工机床上，保证待熔覆平面为水平状态；

B、激光熔覆，首先熔覆含有C、Cr、Ni、Mo、Fe的铁基合金粉末，熔覆参数为光斑直径4mm，熔池深度为0.1~0.2mm，激光功率为2500W~3000W，搭接1mm，扫描速度6~8mm/s，熔覆层厚度4mm；

C、对熔覆层机械加工，保证铁基材料的熔覆层厚度为3mm；

D、再次进行激光熔覆，熔覆材料选用含有Ni、W、Cr、C、Mn、Fe、Co的具有自润滑性能的钴基粉末材料； 

熔覆参数为光斑直径为4mm，激光功率3000W~4000W,熔池深度为0.1~0.2mm，搭接1mm，置粉厚度1mm，扫描速度6mm/s；

（4）机械加工：

对熔覆完成的扁头套进行机械加工，恢复原尺寸；

（5）质量检测

尺寸检测，测量加工后的扁头套尺寸，得到表层厚度为1 mm的具有耐磨性能的熔覆层，着色探伤检测，保证熔覆层无裂纹、气孔夹杂；

选用的钴基粉末材料的化学成份按重量百分比为：C：0.85，Cr：25，Fe：0.5；Mn ：0.15；Ni：10.3；W：7.5；Co：余量；

选用的铁基合金粉末的化学成份按重量百分比为：C：0.15，Cr：14，Mo：0.7，Ni：5，Fe：余量。