CN104561994A

CN104561994A - 一种甩带机铜辊的激光表面熔覆方法

Info

Publication number: CN104561994A
Application number: CN201410821572.6A
Authority: CN
Inventors: 马文有; 刘敏; 黄健; 代明江; 李福海; 佟鑫; 陈兴驰
Original assignee: GUANGDONG RESEARCH INSTITUTE OF INDUSTRIAL TECHNOLOGY (GUANGZHOU RESEARCH INSTITUTE OF NON-FERROUS METALS)
Current assignee: GUANGDONG RESEARCH INSTITUTE OF INDUSTRIAL TECHNOLOGY (GUANGZHOU RESEARCH INSTITUTE OF NON-FERROUS METALS)
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2014-12-25
Publication date: 2015-04-29

Abstract

一种甩带机铜辊的激光表面熔覆方法。特征是甩带机铜辊表面除油、喷砂净化；将粒度为50~150μm，成分为Cr:20~25%，Mo:12~18%，W:2~4%，Ta:1~2%，Nb:3~5%，Si:0.5~1%，B:0.5~1%，C:0.03~0.08%的Ni基高温合金粉末放在100℃烘箱中4小时，调整CO₂激光器功率，激光束宽，激光熔覆速度，激光搭接率，采用同步送粉法激光熔覆上述粉末，获得镍基高温合金防护涂层。本发明方法制备的镍基高温合金涂层与基体结合紧密，无裂纹、孔洞等缺陷，涂层耐高温、耐磨损、抗冷热疲劳性能好，可用于甩带机铜辊的表面强化与修复再制造。

Description

一种甩带机铜辊的激光表面熔覆方法

技术领域

本发明属于冶金行业生产储氢合金和钕铁硼材料用甩带机铜辊的表面强化技术领域，具体涉及到一种甩带机铜辊的激光表面熔覆方法。

背景技术

甩带机铜辊是储氢合金和钕铁硼材料生产线上的关键部件，原理是铜辊内部采用通水冷却结构，当Ni、Co及稀土氧化物的高温熔融物料浇注到铜辊表面时，在铜辊快速转动及通水冷却作用下，高温熔融物料将快速凝固并成片状，再经后续破碎、研磨制成储氢合金粉和钕铁硼粉。由于铜辊表面与高温熔融物料接触，内部通水冷却，在铜辊表面和内部存在较大的温度梯度，造成极大的冷热疲劳作用。通常情况下，铜辊使用40~50炉，表面将出现严重龟裂，高温物料渗入裂纹造成辊面积瘤，后续生产中要不断清理辊面瘤块，严重降低了生产效率。当龟裂到一定程度，影响到产品质量时，就要将龟裂层车掉再重新使用，造成巨大的材料消耗，增加了企业生产成本。

采用表面工程技术，在甩带机铜辊表面制备耐高温、抗冷热疲劳强化涂层，是提高其使用寿命的一种有效手段。

CN201310240321.4公开了一种非晶、纳米晶结晶器铜辊的表面修复方法，该方法采用电镀技术，通过在铜辊表面电镀镍基合金或纯镍镀层，在其上再镀镍基合金形成双层镀层，提高结晶器铜辊的耐磨性能和抗冷热疲劳性能。该方法采用两层镀层技术，工艺复杂，而且电镀层与铜合金基体为半冶金结合，结合强度低，在强冷热疲劳工况条件下，镀层易过早剥落失效。此外，电镀技术是对环境不友好技术，应用将越来越受到限制。

CN201010596518.8公开了一种连铸结晶器表面导热耐磨涂层的制备方法。该方法采用冷喷涂方法在基体表面沉积Ni、Al涂层和陶瓷颗粒，采用热处理工艺提高涂层与界面的结合性能。热喷涂技术制备的涂层与基体为机械结合，结合力低，涂层剥落失效是其主要失效形式。采用热处理工艺可提高涂层与基体结合性能，但结晶器尺寸变化大，需要大的真空室和热处理温度，工艺复杂，而且还会带来铜板氧化和变形问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种甩带机铜辊的激光表面熔覆方法，该方法制备的涂层与基体为牢固的冶金结合，具有耐高温及抗冷热疲劳作用等优点，可用于甩带机铜辊的的表面强化与修复再制造。

本发明的技术方案是这样实现的，步骤如下：(1)甩带机铜辊表面除油、喷砂去除油污、氧化物等杂质；(2)将粒度为50~150μm的镍基合金粉末放在100烘箱中℃中4小时；(3)调整CO₂激光器功率为4000~8000W，激光束宽为2~5mm，激光熔覆速度为300~1000mm/min，激光搭接率为30~60%，采用同步送粉法激光熔覆上述粉末，获得耐高温、耐磨损、抗冷热疲劳的防护涂层。

所述镍基合金粉末的元素含量为Cr:20~25%，Mo:12~18%，W:2~4%，Ta:1~2%，Nb:3~5%，Si:0.5~1%，B:0.5~1%，C:0.03~0.08%，余量为Ni。

本发明的优点在于：（1）采用激光熔覆技术，制备与基体冶金结合的熔覆涂层，结合强度高，提高涂层抗剥落性能。（2）选用镍基高温合金粉末材料，添加Mo、W、Ta、Nb等难溶元素，通过固溶强化作用，提高涂层高温强度，进而提高涂层耐磨性能和抗冷热疲劳性能。

本发明是一种采用激光熔覆技术制备抗高温、抗磨损、抗冷热疲劳的镍基高温合金涂层，提高甩带机铜辊使用寿命的方法。本发明既可用于甩带机铜辊的表面强化，也可用于铜辊的修复再制造，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为实施例1的激光熔覆涂层的金相显微组织。

图2为实施例2的激光熔覆涂层的金相显微组织。

图3为实施例3的激光熔覆涂层的金相显微组织。

图4为对比例的铜合金基体材料的金相显微组织。

具体实施方式

实施例1

（1）将甩带机铜辊用丙酮除油，喷砂净化处理，粗糙度为Ra3~5μm；

（2）将成分为Cr:20%，Mo:12%，W:2%，Ta:1%，Nb:3%，Si:0.5%，B:0.5%，C:0.03%，余量为Ni，粒度为50~150μm的镍基合金粉末在100℃烘箱中放置4小时；

（3）调整CO₂激光器功率为4000W，激光束宽为3mm，激光熔覆速度为300mm/min，激光搭接率为30%，采用同步送粉法激光熔覆上述粉末，熔覆层厚度约为0.5mm；

（4）将步骤（3）得到的甩带机铜辊缓慢冷却到室温，打磨抛光熔覆层，获得耐高温、耐磨损、抗冷热疲劳的防护涂层。

实施例2

（2）将成分为Cr:23%，Mo:16%，W:3%，Ta:1.6%，Nb:3.8%，Si:0.7%，B:0.6%，C:0.05%，余量为Ni，粒度为50~150μm的镍基合金粉末在100℃烘箱中放置4小时；

（3）调整CO₂激光器功率为4000W，激光束宽为3mm，激光熔覆速度为300mm/min，激光搭接率为30%，采用同步送粉法激光熔覆上述粉末，熔覆层厚度约为0.6mm；

实施例3

（2）将成分为Cr:25%，Mo:18%，W:4%，Ta:2%，Nb:5%，Si:1%，

B:1%，C:0.08%，余量为Ni，粒度为50~150μm的镍基合金粉末在100℃烘箱中放置4小时；

（3）调整CO₂激光器功率为4000W，激光束宽为3mm，激光熔覆速度为300mm/min，激光搭接率为30%，采用同步送粉法激光熔覆上述粉末，熔覆层厚度约为0.7mm；

对比例

将铜合金基体材料用丙酮除油，切成50mm×30mm×10mm的试样块，用于测试抗冷热疲劳性能。

图1、2和3分别是实施例1、2和3的激光熔覆镍基高温合金涂层的金相显微组织，图4是无涂层的铜合金基体材料的金相显微组织。可以看出：激光熔覆制备的镍基高温合金涂层与基体为冶金结合，无裂纹、孔洞等缺陷。表1列出了实施例1、2和3与对比例中铜合金基体材料的抗冷热疲劳性能，由表1数据可知，与铜合金基体材料相比，表面熔覆高温合金涂层后抗冷热疲劳性能大幅度提高，实施例1、2和3分别提高了1.6倍、1.7倍和1.6倍。

表1 摩擦磨损试验结果

	组成	抗疲劳性能（次数）
			实施例1	Cr:20%，Mo:12%，W:2%，Ta:1%，Nb:3%，Si:0.5%，B:0.5%，C:0.03%，余量为Ni	1631
实施例2	Cr:23%，Mo:16%，W:3%，Ta:1.6%，Nb:3.8%，Si:0.7%，B:0.6%，C:0.05%，余量为Ni	1689
			实施例3	Cr:25%，Mo:18%，W:4%，Ta:2%，Nb:5%，Si:1%，B:1%，C:0.08%，余量为Ni	1658
对比例	铜合金基体材料	625

注：抗冷热疲劳试验条件：将50mm×30mm×10mm带涂层的试样块及铜合金基体放入900℃的高温炉中，放置时间10分钟，然后迅速水淬30秒，每循环1次作为1次热疲劳试验，当涂层和铜合金样块表面出现裂纹后，试验停止。

Claims

1.一种甩带机铜辊的激光表面熔覆方法，其特征是步骤如下：(1)甩带机铜辊表面除油、喷砂去除油污、氧化物等杂质；(2)将粒度为50~150μm的镍基合金粉末放在100℃烘箱中4小时；(3)调整CO₂激光器功率为4000~8000W，激光束宽为2~5mm，激光熔覆速度为300~1000mm/min，激光搭接率为30~60%，采用同步送粉法激光熔覆上述粉末，获得耐高温、耐磨损、抗冷热疲劳的防护涂层。

2.根据权利要求1所述的甩带机铜辊的激光表面熔覆方法，其特征是所述镍基合金粉末的元素含量为Cr:20~25%，Mo:12~18%，W:2~4%，Ta:1~2%，Nb:3~5%，Si:0.5~1%，B:0.5~1%，C:0.03~0.08%，余量为Ni。