CN107447214A - 一种旋挖齿齿体表面强化的激光弥散合金化方法 - Google Patents

一种旋挖齿齿体表面强化的激光弥散合金化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107447214A
CN107447214A CN201710683530.4A CN201710683530A CN107447214A CN 107447214 A CN107447214 A CN 107447214A CN 201710683530 A CN201710683530 A CN 201710683530A CN 107447214 A CN107447214 A CN 107447214A
Authority
CN
China
Prior art keywords
rotary digging
digging tooth
laser
denticle
micro area
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710683530.4A
Other languages
English (en)
Inventor
赵树森
赵钊
陈�峰
段韧
徐陈
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu Zhongke Dagang Laser Technology Co Ltd
Original Assignee
Jiangsu Zhongke Dagang Laser Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu Zhongke Dagang Laser Technology Co Ltd filed Critical Jiangsu Zhongke Dagang Laser Technology Co Ltd
Priority to CN201710683530.4A priority Critical patent/CN107447214A/zh
Publication of CN107447214A publication Critical patent/CN107447214A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
    • C23C24/103—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

本发明公开了一种旋挖齿齿体表面强化的激光弥散合金化方法，包括以下步骤：(1)将表面处理后的旋挖齿装卡在激光加工机床的卡盘中，并将增强相粉末装入送粉装置中；(2)以旋挖齿齿体高度方向为激光器的激光头的进给方向，激光头发出激光，送粉装置同步送粉，激光头进给速度与卡盘带动旋挖齿转动速度配合，根据预设的运动轨迹在旋挖齿齿体表面形成微熔池，微熔池在随后的快速冷却凝固过程中将增强相颗粒包裹，形成合金强化微区域。本发明可保持旋挖齿基材韧性的同时，提高齿体表面耐磨性。

Description

一种旋挖齿齿体表面强化的激光弥散合金化方法
技术领域
本发明涉及属于材料表面强化技术领域，具体涉及一种旋挖齿齿体表面强化的激光弥散合金化方法。
背景技术
旋挖齿是旋挖钻机钻头部件的关键作业部分，其根部与钻头连接，锥形面和硬质合金头作为旋挖作业面。由于作业过程中，旋挖齿与被旋挖物的强烈相互作用。使得旋挖齿锥形面易被磨损，最终失效。
目前提高旋挖齿锥形面耐磨的常用方法是，在锥形面表面熔覆耐磨层，提高其耐磨性。但此类方法的缺点是，熔覆过程带来的大量热输入导致基材内部的热应力积累，基材韧性降低，因此旋挖齿在作业过程中易产生脆断，熔覆层也容易剥落。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可保持基材韧性，同时提高旋挖齿齿体表面耐磨性的旋挖齿齿体表面强化的激光弥散合金化方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种旋挖齿齿体表面强化的激光弥散合金化方法，包括以下步骤：
(1)将表面处理后的旋挖齿装卡在激光加工机床的卡盘中，并将增强相粉末装入送粉装置中；
(2)以旋挖齿齿体高度方向为激光器的激光头的进给方向，激光头发出激光，送粉装置同步送粉，激光头进给速度与卡盘带动旋挖齿转动速度配合，根据预设的运动轨迹在旋挖齿齿体表面形成微熔池，微熔池在随后的快速冷却凝固过程中将增强相颗粒包裹，形成合金强化微区域。
优选地，所述合金强化微区域为点状、环状、螺旋状中的一种或多种。
优选地，点状的合金强化微区域弥散分布于齿体表面；单个点状分布的合金强化微区域的直径为100～5000μm；点状分布的合金强化微区域由脉冲激光束形成。
优选地，脉冲激光功率密度为103～108W/mm2，激光输出波长为177nm～15000nm；扫描速度2～5mm/s，送粉速度10～30g/min，保护气体速度10～30L/min。
优选地，环状合金强化微区域沿齿体高度方向等间隔分布于齿体表面，单个环状合金强化微区域的熔宽为2～5mm。
优选地，螺旋状合金强化微区域沿齿体高度方向呈螺旋状分布于齿体表面，螺旋状合金强化微区域的熔宽为2～5mm。
优选地，环状分布的合金强化微区域和螺旋状合金强化微区域由连续激光束形成。
优选地，连续激光功率为1500～3000W，扫描速度2～5mm/s，送粉速度10～30g/min，保护气体速度10～30L/min。
优选地，所述增强相粉末为SiC、B4C、TiC、ZrC、VC、WC、Mo2C、ZrB2、TiB2中的一种或多种。
优选地，所述表面处理具体为：对旋挖齿齿体表面进行除油除锈处理。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明利用高能量密度激光束，在旋挖齿齿体表面形成微熔池，并用同步送粉装置将增强相粉末送入微熔池内，微熔池在随后的快速冷却凝固过程中将增强相颗粒包裹，形成合金强化微区域。该合金强化微区域在形貌上为微凸起结构，相比齿体基材具有更高的硬度与耐磨性。
2、该合金化微区域呈点状、环状和/或螺旋状弥散分布于韧性良好的齿体基材中，也即拥有良好韧性的基材与拥有高硬度和耐磨性的合金化微区域相间分布，既保证了锥形齿体表面的整体耐磨性，同时还保持了旋挖齿基材的整体韧性。
3、本发明操作简单，无后续处理，节能环保，在尽可能减少加工成本的前提下能保证旋挖齿的综合性能。
具体实施方式
以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1：
一种旋挖齿齿体表面强化的激光弥散合金化方法，包括以下步骤：
(1)室温下，对旋挖齿齿体表面进行除油除锈处理，除油处理为酒精清洗+超声清洗，除锈处理为火焰清洁。
(2)将经步骤(1)表面处理后的旋挖齿装卡在激光加工机床的卡盘中，并将WC增强相粉末装入送粉装置中，WC粉末粒度50～100μm之间；
(3)以旋挖齿齿体高度方向为激光器的激光头的进给方向，激光头发出脉冲激光，送粉装置同步送粉，脉冲激光功率密度为105W/mm2，激光输出波长为5000nm；扫描速度5mm/s，送粉速度30g/min，保护气体速度30L/min。激光头进给速度与卡盘带动旋挖齿转动速度配合，根据预设的运动轨迹在旋挖齿齿体表面形成点状微熔池，点状微熔池在随后的快速冷却凝固过程中将WC增强相颗粒包裹，形成点状弥散分布于齿体表面的合金强化微区域，单个点状合金强化微区域的直径为1000μm。
实施例2：
一种旋挖齿齿体表面强化的激光弥散合金化方法，包括以下步骤：
(1)室温下，对旋挖齿齿体表面进行除油除锈处理，除油处理为酒精清洗+超声清洗，除锈处理为火焰清洁。
(2)将经步骤(1)表面处理后的旋挖齿装卡在激光加工机床的卡盘中，并将WC增强相粉末装入送粉装置中，WC粉末粒度50～100μm之间；
(3)以旋挖齿齿体高度方向为激光器的激光头的进给方向，激光头发出连续激光，送粉装置同步送粉，连续激光功率为2500W，扫描速度3mm/s，送粉速度25g/min，保护气体速度25L/min。激光头进给速度与卡盘带动旋挖齿转动速度配合，根据预设的运动轨迹在旋挖齿齿体表面形成沿旋挖齿齿体高度方向呈螺旋状的微熔池，螺旋状微熔池在随后的快速冷却凝固过程中将WC增强相颗粒包裹，形成螺旋状分布于齿体表面的合金强化微区域，螺旋状合金强化微区域的熔宽为3mm。
实施例3：
一种旋挖齿齿体表面强化的激光弥散合金化方法，包括以下步骤：
(1)室温下，对旋挖齿齿体表面进行除油除锈处理，除油处理为酒精清洗+超声清洗，除锈处理为火焰清洁。
(2)将经步骤(1)表面处理后的旋挖齿装卡在激光加工机床的卡盘中，并将WC增强相粉末装入送粉装置中，WC粉末粒度50～100μm之间；
(3)以旋挖齿齿体高度方向为激光器的激光头的进给方向，激光头发出连续激光，送粉装置同步送粉，连续激光功率为2500W，扫描速度3mm/s，送粉速度25g/min，保护气体速度25L/min。激光头进给速度与卡盘带动旋挖齿转动速度配合，根据预设的运动轨迹在旋挖齿齿体表面形成螺旋状微熔池，螺旋状微熔池在随后的快速冷却凝固过程中将WC增强相颗粒包裹，形成螺旋状分布于齿体表面的合金强化微区域，螺旋状合金强化微区域的熔宽为3mm；
(4)换脉冲激光头，预设的运动轨迹与与螺旋状合金强化微区域错开。以旋挖齿齿体高度方向为激光器的激光头的进给方向，激光头发出脉冲激光，送粉装置同步送粉，脉冲激光功率密度为105W/mm2，激光输出波长为5000nm；扫描速度5mm/s，送粉速度30g/min，保护气体速度30L/min。激光头进给速度与卡盘带动旋挖齿转动速度配合，根据预设的运动轨迹在旋挖齿齿体表面形成点状微熔池，点状微熔池在随后的快速冷却凝固过程中将WC增强相颗粒包裹，形成点状弥散分布于齿体表面的合金强化微区域，单个点状合金强化微区域的直径为1000μm。
经测试，较之齿体表面熔覆耐磨层的方式，经实施例1～3处理的旋挖齿齿体在作业过程不易产生崩断，开裂，说明本发明形成合金强化微区域过程中齿体基材的韧性下降小；并且增强相不易剥落，说明齿体基材与增强相结合更牢固，以上测试结果表明本发明能在保证旋挖齿耐磨性的同时，保持旋挖齿基材的整体韧性。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种旋挖齿齿体表面强化的激光弥散合金化方法，包括以下步骤：
(1)将表面处理后的旋挖齿装卡在激光加工机床的卡盘中，并将增强相粉末装入送粉装置中；
(2)以旋挖齿齿体高度方向为激光器的激光头的进给方向，激光头发出激光，送粉装置同步送粉，激光头进给速度与卡盘带动旋挖齿转动速度配合，根据预设的运动轨迹在旋挖齿齿体表面形成微熔池，微熔池在随后的快速冷却凝固过程中将增强相颗粒包裹，形成合金强化微区域。
2.根据权利要求1所述的旋挖齿齿体表面强化的激光弥散合金化方法，其特征在于，所述合金强化微区域为点状、环状、螺旋状中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的旋挖齿齿体表面强化的激光弥散合金化方法，其特征在于，点状的合金强化微区域弥散分布于齿体表面；单个点状分布的合金强化微区域的直径为100～5000μm；点状分布的合金强化微区域由脉冲激光束形成。
4.根据权利要求3所述的旋挖齿齿体表面强化的激光弥散合金化方法，其特征在于，脉冲激光功率密度为103～108W/mm2，激光输出波长为177nm～15000nm；扫描速度2～5mm/s，送粉速度10～30g/min，保护气体速度10～30L/min。
5.根据权利要求2所述的旋挖齿齿体表面强化的激光弥散合金化方法，其特征在于，环状合金强化微区域沿齿体高度方向等间隔分布于齿体表面，单个环状合金强化微区域的熔宽为2～5mm。
6.根据权利要求2所述的旋挖齿齿体表面强化的激光弥散合金化方法，其特征在于，螺旋状合金强化微区域沿齿体高度方向呈螺旋状分布于齿体表面，螺旋状合金强化微区域的熔宽为2～5mm。
7.根据权利要求5或6所述的旋挖齿齿体表面强化的激光弥散合金化方法，其特征在于，环状分布的合金强化微区域和螺旋状合金强化微区域均由连续激光束形成。
8.根据权利要求7所述的旋挖齿齿体表面强化的激光弥散合金化方法，其特征在于，连续激光功率为1500～3000W，扫描速度2～5mm/s，送粉速度10～30g/min，保护气体速度10～30L/min。
9.根据权利要求1～6、8任一项所述的旋挖齿齿体表面强化的激光弥散合金化方法，其特征在于，所述增强相粉末为SiC、B4C、TiC、ZrC、VC、WC、Mo2C、ZrB2、TiB2中的一种或多种。
10.根据权利要求1～6、8任一项所述的旋挖齿齿体表面强化的激光弥散合金化方法，其特征在于，所述表面处理具体为：对旋挖齿齿体表面进行除油除锈处理。
CN201710683530.4A 2017-08-11 2017-08-11 一种旋挖齿齿体表面强化的激光弥散合金化方法 Pending CN107447214A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710683530.4A CN107447214A (zh) 2017-08-11 2017-08-11 一种旋挖齿齿体表面强化的激光弥散合金化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710683530.4A CN107447214A (zh) 2017-08-11 2017-08-11 一种旋挖齿齿体表面强化的激光弥散合金化方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107447214A true CN107447214A (zh) 2017-12-08

Family

ID=60491017

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710683530.4A Pending CN107447214A (zh) 2017-08-11 2017-08-11 一种旋挖齿齿体表面强化的激光弥散合金化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107447214A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110878412A (zh) * 2019-10-29 2020-03-13 天津修船技术研究所(中国船舶重工集团公司第六三一三研究所) 一种用于U71Mn钢轨道的激光合金化表面强化方法
CN111172536A (zh) * 2020-02-21 2020-05-19 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 铁基碳化钒涂层的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1735714A (zh) * 2002-09-06 2006-02-15 阿尔斯通技术有限公司 控制激光金属成形硬质层的显微结构的方法
CN1831195A (zh) * 2006-04-14 2006-09-13 清华大学 一种分布式激光点状合金化方法
CN103526201A (zh) * 2013-10-30 2014-01-22 辽宁思达思克实业有限公司 一种开平机剪刃修复强化的激光熔覆方法
CN104625448A (zh) * 2014-12-19 2015-05-20 山东天工岩土工程设备有限公司 一种碳化钨颗粒耐磨层结构及其加工方法与应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1735714A (zh) * 2002-09-06 2006-02-15 阿尔斯通技术有限公司 控制激光金属成形硬质层的显微结构的方法
CN1831195A (zh) * 2006-04-14 2006-09-13 清华大学 一种分布式激光点状合金化方法
CN103526201A (zh) * 2013-10-30 2014-01-22 辽宁思达思克实业有限公司 一种开平机剪刃修复强化的激光熔覆方法
CN104625448A (zh) * 2014-12-19 2015-05-20 山东天工岩土工程设备有限公司 一种碳化钨颗粒耐磨层结构及其加工方法与应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
美国金属学会: "《金属手册第九版第六卷》", 31 July 1994, 机械工业出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110878412A (zh) * 2019-10-29 2020-03-13 天津修船技术研究所(中国船舶重工集团公司第六三一三研究所) 一种用于U71Mn钢轨道的激光合金化表面强化方法
CN111172536A (zh) * 2020-02-21 2020-05-19 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 铁基碳化钒涂层的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5877590B2 (ja) コールドスプレー用ノズル及びそのコールドスプレー用ノズルを用いたコールドスプレー装置
US9849532B2 (en) Composite wear pad and methods of making the same
US4814234A (en) Surface protection method and article formed thereby
CN101519778B (zh) 一种穿孔顶头表面强化的激光熔覆方法
CN103737273B (zh) 一种激光熔覆wc耐磨涂层的新型滚刀的制作工艺
JP2010520810A (ja) 摩擦撹拌接合用の高融点金属工具
JP2011504818A5 (zh)
CN103290403B (zh) 一种制备高含量wc增强合金粉末涂层的方法
CN103981520B (zh) 用于井下工具的金属滑动部件的表面硬化处理
CN107447214A (zh) 一种旋挖齿齿体表面强化的激光弥散合金化方法
CN108060385B (zh) 一种球磨机用高耐磨复合衬板及其制备方法
CN107760956B (zh) 一种硬质合金及局部激光涂覆硬质合金工艺
CN110318690B (zh) 一种钻杆接头耐磨带及其制备方法
CN103388145A (zh) Tc轴承金属基复合型硬面材料层的堆焊方法
CN107236950A (zh) 提高高温干摩擦条件下阀杆表面耐磨性的方法
CN106975861A (zh) 一种含有包覆层的碳化钨颗粒的硬面材料及其制备方法
CN102453911B (zh) 一种挖掘机斗齿的表面强化方法
CN107630663A (zh) 一种兼具耐磨性和韧性的旋挖齿及其制备方法
CN102534605B (zh) 一种石油钻具碳化钨耐磨带激光熔覆方法
GB2554166A (en) Wear resistant coating
CN103898501A (zh) 截齿等离子束表面冶金工艺
CN103866222A (zh) 一种涂覆材料、带有涂覆层的采煤机截齿齿体及制备方法
CN103805989B (zh) 一种铜合金结晶器表面激光熔覆梯度涂料的方法
CN211219252U (zh) 一种提高pdc与钻头钢基体连接强度的钎焊装配装置
CN107761042A (zh) 一种深入涂层基底的短沟槽阵列加工方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20171208

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication