CN103966596A - 一种激光熔覆制备波形结合面金属层合板的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属层合板激光熔覆制备技术领域，涉及一种激光熔覆制备波形结合面金属层合板的方法。将金属基体置于激光加工机的工作台上，激光束照射金属基体表面，激光功率为550-640W、扫描速度为300-500mm/min的激光束辐照加热金属基体；在惰性气氛保护下，同轴同步输送送粉量为1.5-2.5g/min的覆层粉末，使覆层粉末和金属基体的表面局部熔化产生熔池，激光束沿扫描方向熔覆，形成单道熔覆层；沿垂直于扫描方向的搭接方向、移动搭接系数为0.3-0.4的搭接距离继续扫描，形成双道熔覆层，多次扫描，即在金属基体表面形成波形结合面金属层合板。本发明的层合板屈服强度和延伸率达到了不锈钢层合板的标准。
Description
技术领域
本发明属于金属层合板激光熔覆制备技术领域，涉及一种激光熔覆制备波形结合面金属层合板的方法。
背景技术
金属层合板是由两种或两种以上具有不同材料金属材料复合制备而成，它既保持各层材料原有的性能特征，又有在物理、力学和机械性能方面比单一材料更加优越的特点。由于海洋、航空等高端运载器工程的发展，要求材料具有高强度、耐腐蚀、耐高温等性能，对材料的耐蚀耐磨等性能提出了更高要求，甚至某些特殊材料要求材料强度增大，但比重减小。金属层合板这种复合板具有不同材料面结合性能弱化和沿板厚方向材料、力学性能存在不均匀，导致其成形精度、质量难以精确控制，甚至失效，限制了运载器的承载能力，也影响石油、化工、水利等领域中关键零部件的使用性能。
金属层合板制备方法中结合面存在的缺陷问题，如在爆炸复合过程中塑性变形及物理性能差异导致应力集中、界面有杂质和孔洞等裂纹源，致使界面性能弱化；冷轧复合时大塑性变形而产生机械嵌合，其粘结强度较低；热轧层合板过度扩散会使大量合金碳化物及脆性相生成，结合强度降低。针对金属层合板结合面金相组织形态，研制出波状结合面金属层合板，使复合板在具有较高界面强度和质量，获得符合工程技术要求的金属层合板件。本发明一种激光熔覆制备波形结合面层合板的方法研究，将解决爆炸和轧制结合面强度弱化问题，对丰富层合板材成形技术、促进金属层合板广泛应用、节约稀贵金属资源、为激光熔覆制备层合板的广泛应用提供了技术和实验依据。
发明内容
针对金属层合板沿板厚方向存在材料、物理性质差异，导致现有轧制金属层合板(基板厚0.8-3.0mm，覆层厚0.09-0.25mm)等制备方法的覆层和基层结合面属于平面结合，通常存在裂纹等缺陷问题。
本发明提供了一种激光熔覆制备波形结合面金属层合板的方法，具体步骤如下：将金属基体1置于激光加工机的工作台上，激光束3照射金属基体1表面，激光功率为550-640W、扫描速度为300-500mm/min的激光束3辐照加热金属基体1；在惰性气氛保护下，同轴同步输送送粉量为1.5-2.5g/min的覆层粉末2，使覆层粉末2和金属基体1的表面局部熔化产生熔池4，激光束3沿扫描方向5熔覆，即形成单道熔覆层；然后，沿垂直于扫描方向5的搭接方向6移动搭接系数为0.3-0.4的搭接距离继续扫描，形成双道熔覆层，以此类推，重复上述扫描，即在金属基体表面形成一层冶金结合的熔覆层7，其中熔池的峰谷之差控制波形结合面的波高0.01～0.14mm，搭接距离控制波形结合面的波间距0.62～1.15mm，从而形成具有波形结合面的金属层合板。
本发明的有益效果是激光熔覆制备金属层合板的方法，获得了不锈钢-碳钢冶金结合及组织性能均良好的层合板，屈服强度和延伸率均达到了不锈钢层合板的标准要求。激光熔覆层合板试件覆层厚度范围0.1～0.32mm，屈服强度为410MPa，超过轧制层合板的326MPa。
附图说明
图1是激光熔覆制备金属层合板的原理图。
图2是激光熔覆制备波形结合面的工艺方法示意图。
图3是激光熔覆制备波形结合面样件的金相照片。
图中：1金属基体；2覆层粉末；3激光束；4熔池；5扫描方向；
6搭接方向；7熔覆层；8波高；9波间距；10波形结合面；
11金属层合板。
具体实施方式
结合技术方案和附图详细说明本发明的具体实施方式。
实施例
激光熔覆前将碳钢板待复合面进行修磨处理露出新鲜平整干净的加工表面，利于在熔覆过程中两种金属原子间的相互扩散，实现冶金结合。同时将304不锈钢粉末干燥以提高粉末流动性，采用氩气作为保护气体。采用连续型Nd:YAG固体激光器，功率为550-640W，扫描速度为300-500mm/min,送粉量为2g/min，搭接系数为0.3，光斑直径为2mm。将碳钢基体1置于激光加工的工作台上，开启激光束3照射板件碳钢基体1表面的同时，同轴同步输送覆层不锈钢粉末2，高能密度激光束3辐照加热，使覆层粉末2和基体1的表面局部熔化产生熔池4，激光束3沿扫描方向5熔覆，即形成单道熔覆层，然后，沿垂直于扫描方向5的搭接方向6移动搭接系数的搭接距离继续扫描，形成双道熔覆层，以此类推，多次重复上述扫描，即在基体表面形成一层冶金结合的熔覆层7，即而形成具有一定波高8和波间距9的波形结合面10的不锈钢-碳钢层合板11。
金属层合板材料有多种组合形式，材料组合，例如，不锈钢-碳钢层合板，钛合金-碳钢层合板，铝合金-碳钢层合板等；覆层与基层的层数组合，例如，双层层合板，三层层合板，甚至多层层合板；根据层合板覆层厚度要求，激光熔覆层数为单层、双层，甚至为多层。将采用单因素试验方案激光熔覆制备出的试样经抛光侵蚀后在光学显微镜下进行金相分析研究，可以清楚地显示出不同工艺参数下，不锈钢与碳钢结合面呈三种金相组织形态，对应称之为小波状、中波状、大波状，其波高为0.01～0.14mm，波间距为0.62～1.15mm。随着激光能量密度的增大，其结合面波高逐渐增大，熔覆层厚度从0.1mm增大到0.32mm。
根据GB/T228-2008《金属拉伸试验方法》，在电子万能试验机上对小波状、中波状、大波状3种结合面的金相组织形态的层合板进行了拉伸实验以测定其力学性能。表明力学性能指标均达到了不锈钢层合板的标准要求，同时随着结合面波高的增大屈服强度逐渐增大，且当其结合面呈大波状的金相组织形态时屈服强度达到410MPa，高于相关国家标准规定的235MPa。
Claims (1)
1.一种激光熔覆制备波形结合面金属层合板的方法，其特征在于如下步骤：
将金属基体置于激光加工机的工作台上，激光束照射金属基体表面，激光功率为550～640W、扫描速度为300～500mm/min的激光束辐照加热金属基体；在惰性气氛保护下，同轴同步输送的送粉量为1.5～2.5g/min的覆层粉末，使覆层粉末和金属基体的表面局部熔化产生熔池，激光束沿扫描方向熔覆，形成单道熔覆层；然后，沿垂直于扫描方向的搭接方向、移动搭接系数为0.3～0.4的搭接距离继续扫描，形成双道熔覆层；
以此类推，重复上述扫描；在金属基体表面形成一层冶金结合的熔覆层，其中熔池的峰谷之差控制波形结合面的波高0.01～0.14mm，搭接距离控制波形结合面的波间距0.62～1.15mm，从而形成具有波形结合面的金属层合板。
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