CN102899661B - 一种复合材料制备工艺 - Google Patents

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Abstract

一种复合材料的制备工艺，首先对待熔覆工件的表面进行预处理；根据工件基材的特点和工况要求，选择合适的合金粉末；将合金粉末用白乳胶搅拌，搅拌后将合金粉末均匀地粘接在待熔覆工件的表面，然后晾干，晾干后将合金粉末涂黑，涂黑后再晾干；将待熔覆的工件固定在激光熔覆机床的工作台上，对工件进行激光熔覆，将合金粉末熔覆在工件表面，激光熔覆的同时对熔池附近进行磁场处理。本发明与现有技术相比具有熔覆后的凝固合金组织晶粒取向一致，细腻均匀，合金层的耐磨性和耐腐蚀性强，可控性强等优点。

Description

一种复合材料制备工艺
技术领域
本发明涉及一种复合材料的制备工艺。
背景技术
在复合材料制备领域，激光熔覆已经得到广泛的应用，激光熔覆主要是通过在基材表面添加强化材料，然后利用高能密度的激光束使熔覆材料与基材熔合在一起，在基材表面形成基材与强化材料呈冶金结合的熔覆层，此工艺优点很多，目前受到了普遍关注。随着电磁处理技术的发展，研究发现，选择合适的磁场强度时，可有效的改变熔化金属的结晶特点，使金属晶粒有序排列，达到细化组织和提高力学性能的目的，而目前的激光熔覆工艺只是单纯的在基材上进行激光熔覆，例如钢基材的激光熔覆工艺，主要是先对基材表面进行预处理，然后将合金粉末预置在基材表面，然后开启激光器进行激光熔覆，然而在激光熔覆过程中，熔池附近尚未施加磁场，这样就不能保证熔覆后的凝固合金组织晶粒取向一致、细腻均匀，而且合金层耐磨性和耐腐蚀性相对较差，很难取得优良性能的熔覆合金层。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不仅熔覆后的凝固合金组织晶粒取向一致，细腻均匀，合金层的耐磨性和耐腐蚀性强，而且可控性强，工件的使用寿命长，工艺简单，便于操作的复合材料制备工艺。
本发明提出的一种复合材料制备工艺，主要是在金属基材进行激光熔覆时，利用激光熔覆磁处理工艺改善熔覆层的合金组织，其技术方案如下：
（1）对待熔覆工件的表面进行预处理，要清理掉工件表面的灰尘、油垢和锈蚀等；
（2）根据工件基材的特点和工况要求，选择合适的合金粉末，粉末一般为铁基、镍基、钴基自熔性合金粉末或复合粉末；
（3）将合金粉末与白乳胶按重量比为10～20：1混合，搅拌均匀，搅拌后的合金粉末具有一定粘度且无结块，然后将合金粉末均匀地粘接在待熔覆工件的表面，然后晾干，晾干后将合金粉末涂黑，涂黑的材料是可以提高激光吸收率的辅助材料例如墨汁等，涂黑后再晾干；
（4）将待熔覆的工件固定在激光熔覆机床的工作台上，根据合金粉末和基材的特点，选定激光器的主要熔覆参数，其中优选的主要熔覆参数是：激光功率为500W～10000W，扫描速度为1mm/s～20mm/s，搭接率为5%～90%，对工件进行激光熔覆，将合金粉末熔覆在工件表面，激光熔覆的同时对熔池附近进行磁场处理，磁场处理采用直流稳恒磁场发生器，将熔覆工件置于磁场中，根据合金粉末和基材的特点，选定磁场强度，优选的磁场强度为0.1～2T；
（5）熔覆完成后检查工件的表面质量，确保无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
本发明利用激光熔覆与磁处理工艺改善熔覆层的合金组织，使晶粒取向一致，且均匀细化。首先对待激光熔覆的工件表面进行预处理，然后采用预涂胶粘的结合形式将合金粉末预置在工件表面；最后开启激光器进行激光熔覆，同时采用方向不发生改变的稳恒磁场装置对激光熔覆熔池附近施加磁场，用此方法激光熔覆，不仅工艺简单而且可控性强，熔覆后的凝固合金组织晶粒取向一致、细腻均匀，比单纯激光熔覆不经过磁场处理工艺的合金层具有更好的耐磨性和耐腐蚀性，此工艺可获得优良性能的熔覆合金层。
附图说明    无
具体实施方式    实施例1  以材质为42CrMo的工件为例，方案如下：
（1）对工件的表面进行预处理，要清理掉工件表面的灰尘、油垢和锈蚀等；
（2）根据工件基材的特点和工况要求，选择合适的合金粉末Fe50；
（3）将合金粉末Fe50与白乳胶按重量比为15：1混合，搅拌均匀，搅拌后的合金粉末具有一定粘度且无结块，然后将合金粉末均匀地粘接在待熔覆工件的表面，然后晾干，晾干后将合金粉末涂黑，涂黑的材料是可以提高激光吸收率的辅助材料例如墨汁等，涂黑后再晾干；
（4）将工件固定在激光熔覆机床的工作台上，根据合金粉末和基材的特点，选定激光器的主要熔覆参数，其中选定激光功率2500W、扫描速度10mm/s、搭接率50%，对工件进行激光熔覆，将合金粉末熔覆在工件表面，激光熔覆的同时对熔池附近进行磁场处理，磁场处理采用直流稳恒磁场发生器，将熔覆工件置于磁场中，磁场强度为0.8T；
（5）熔覆完成后检查工件的表面质量，确保无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
实施例2    以材质为42CrMo的工件为例，方案如下：
（1）对工件的表面进行预处理，要清理掉工件表面的灰尘、油垢和锈蚀等；
（2）根据工件基材的特点和工况要求，选择合适的合金粉末Fe55；
（3）将合金粉末与白乳胶按重量比为20：1混合，搅拌均匀，搅拌后的合金粉末具有一定粘度且无结块，然后将合金粉末均匀地粘接在待熔覆工件的表面，然后晾干，晾干后将合金粉末涂黑，涂黑的材料是可以提高激光吸收率的辅助材料例如墨汁等，涂黑后再晾干；
（4）将工件固定在激光熔覆机床的工作台上，根据合金粉末和基材的特点，选定激光器的主要熔覆参数，其中选定激光功率3000W、扫描速度8mm/s、搭接率50%，对工件进行激光熔覆，将合金粉末熔覆在工件表面，激光熔覆的同时对熔池附近进行磁场处理，磁场处理采用直流稳恒磁场发生器，将熔覆工件置于磁场中，磁场强度为1T；
（5）熔覆完成后检查工件的表面质量，确保无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。 
实施例3    以材质为35CrMo的工件为例，方案如下：
（1）对工件的表面进行预处理，要清理掉工件表面的灰尘、油垢和锈蚀等；
（2）根据工件基材的特点和工况要求，选择合适的合金粉末Ni50；
（3）将合金粉末与白乳胶按重量比为10：1混合，搅拌均匀，搅拌后的合金粉末具有一定粘度且无结块，然后将合金粉末均匀地粘接在待熔覆工件的表面，然后晾干，晾干后将合金粉末涂黑，涂黑的材料是可以提高激光吸收率的辅助材料例如墨汁等，涂黑后再晾干；
（4）将工件固定在激光熔覆机床的工作台上，根据合金粉末和基材的特点，选定激光器的主要熔覆参数，其中选定激光功率4000W、扫描速度9mm/s、搭接率60%，对工件进行激光熔覆，将合金粉末熔覆在工件表面，激光熔覆的同时对熔池附近进行磁场处理，磁场处理采用直流稳恒磁场发生器，将熔覆工件置于磁场中，磁场强度为1.2T；
（5）熔覆完成后检查工件的表面质量，确保无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
实施例4   以熔覆材质为35CrMo的工件为例，方案如下：
（1）对工件的表面进行预处理，要清理掉工件表面的灰尘、油垢和锈蚀等；
（2）根据工件基材的特点和工况要求，选择合适的合金粉末Ni45；
（3）将合金粉末与白乳胶按重量比为10：1混合，搅拌均匀，搅拌后的合金粉末具有一定粘度且无结块，然后将合金粉末均匀地粘接在待熔覆工件的表面，然后晾干，晾干后将合金粉末涂黑，涂黑的材料是可以提高激光吸收率的辅助材料例如墨汁等，涂黑后再晾干；
（4）将工件固定在激光熔覆机床的工作台上，根据合金粉末和基材的特点，选定激光器的主要熔覆参数，其中选定激光功率2000W、扫描速度7mm/s、搭接率50%，对工件进行激光熔覆，将合金粉末熔覆在工件表面，激光熔覆的同时对熔池附近进行磁场处理，磁场处理采用直流稳恒磁场发生器，将熔覆工件置于磁场中，磁场强度为1.2T；
（5）熔覆完成后检查工件的表面质量，确保无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
实施例5   以熔覆材质为45钢的工件为例，方案如下：
（1）对工件的表面进行预处理，要清理掉工件表面的灰尘、油垢和锈蚀等；
（2）根据工件基材的特点和工况要求，选择合适的合金粉末Fe50；
（3）将合金粉末与白乳胶按重量比为15：1混合，搅拌均匀，搅拌后的合金粉末具有一定粘度且无结块，然后将合金粉末均匀地粘接在待熔覆工件的表面，然后晾干，晾干后将合金粉末涂黑，涂黑的材料是可以提高激光吸收率的辅助材料例如墨汁等，涂黑后再晾干；
（4）将工件固定在激光熔覆机床的工作台上，根据合金粉末和基材的特点，选定激光器的主要熔覆参数，其中选定激光功率2000W、扫描速度8mm/s、搭接率50%，对工件进行激光熔覆，将合金粉末熔覆在工件表面，激光熔覆的同时对熔池附近进行磁场处理，磁场处理采用直流稳恒磁场发生器，将熔覆工件置于磁场中，磁场强度为1.2T；
（5）熔覆完成后检查工件的表面质量，确保无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
实施例6  以熔覆材质为45钢的工件为例，方案如下：
（1）对工件的表面进行预处理，要清理掉工件表面的灰尘、油垢和锈蚀等；
（2）根据工件基材的特点和工况要求，选择合适的合金粉末Fe45和Ni45的1:1混合粉末；
（3）将合金粉末与白乳胶按重量比为12：1混合，搅拌均匀，搅拌后的合金粉末具有一定粘度且无结块，然后将合金粉末均匀地粘接在待熔覆工件的表面，然后晾干，晾干后将合金粉末涂黑，涂黑的材料是可以提高激光吸收率的辅助材料例如墨汁等，涂黑后再晾干；
（4）将工件固定在激光熔覆机床的工作台上，根据合金粉末和基材的特点，选定激光器的主要熔覆参数，其中选定激光功率2500W、扫描速度8mm/s、搭接率50%，对工件进行激光熔覆，将合金粉末熔覆在工件表面，激光熔覆的同时对熔池附近进行磁场处理，磁场处理采用直流稳恒磁场发生器，将熔覆工件置于磁场中，磁场强度为1T；
（5）熔覆完成后检查工件的表面质量，确保无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。

Claims (1)

1.一种复合材料的制备工艺，其特征是：
（1）对待熔覆工件的表面进行预处理；
（2）根据工件基材的特点和工况要求，选择合金粉末为铁基、镍基、钴基自熔性合金粉末或复合粉末；
（3）将合金粉末与白乳胶按重量比为10～20：1混合，搅拌均匀，搅拌后的合金粉末具有一定粘度且无结块，然后将合金粉末均匀地粘接在待熔覆工件的表面，然后晾干，晾干后将合金粉末涂黑，涂黑后再晾干；
（4）将待熔覆的工件固定在激光熔覆机床的工作台上，根据合金粉末和基材的特点，选定激光器的熔覆参数：激光功率为500 W～10000W，扫描速度为1mm/s～20mm/s，搭接率为5%～90%，对工件进行激光熔覆，将合金粉末熔覆在工件表面，激光熔覆的同时对熔池附近进行磁场处理，磁场处理采用直流稳恒磁场发生器，将熔覆工件置于磁场中，根据合金粉末和基材的特点，选定磁场强度为0.1～2T；
（5）熔覆完成后检查工件的表面质量，确保无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
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