CN108842124A - 一种激光熔覆修复和强化模具的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模具修复加工方法，具体涉及一种激光熔覆修复和强化模具的方法。其特征在于：包括如下步骤：步骤一：对待熔覆模具材料表面进行前处理：清洁、喷砂、烘干；步骤二：采用超音速火焰喷涂设备将合金粉末对材料表面进行喷涂；步骤三：激光照射；步骤四：重复步骤二和步骤三，直到获得模具需要的修复厚度。本发明经过本发明处理后的模具表面具有更好的抗磨损、抗腐蚀性能，并且能够获得超过5mm的模具耐磨涂层。

Description

一种激光熔覆修复和强化模具的方法
技术领域
本发明涉及一种模具修复加工方法，具体涉及一种激光熔覆修复和强化模具的方法。
背景技术
模具修复常用的技术是采用堆焊技术对模具已经磨损的本身进行再制造的过程。常用的模具修复材料是采用与基体材料相同、相近或者比基体材料更好的焊接材料通过氩弧焊堆焊在需要修复的模具表面，达到模具修复的目的。但是堆焊过程中，基体材料的热影响区大，堆焊材料稀释率高会极大的影响模具修复后的性能，而激光熔覆技术则可以较好的解决稀释率高、热影响区大的问题。激光熔覆技术是指以不同的填料方式在被涂覆的基体表面上放置选择好的涂层材料，经过激光辐射使之与基体表面发生冶金结合，并快速凝固后形成稀释率极低、与基体结合良好的表面图层，从而显著改善基体材料表面机械性能和功能性能的工艺方法。并且激光熔覆可以作为金属3D打印的方法。但是，激光熔覆涂层通常只能制备自熔性合金粉末、金属合金粉末，但是碳化物复合粉末在激光熔覆过程中，熔池中各组分熔点不同、密度不一致使得激光熔覆层出现硬质分布不均及粗大造成熔覆层中裂纹缺陷及气孔。
目前激光熔覆按照涂覆方法分为同轴送粉法和预置粉末法两种。预置粉末法师将所需涂覆的材料通过电镀、化学镀、等离子喷涂和手工粘结等方法预置于金属表面，然后经过激光辐射熔覆；同步送粉法是将粉末直接喷涂在激光辐射所形成的移动熔池上，涂层一次性形成。
金属基陶瓷层的激光熔覆方法会产生裂纹缺陷自从上世纪80年代直到现在研究工作从来没有停止过，但是问题始终没有得到有效的解决，极大地限制了激光熔覆金属基陶瓷层的应用技术发展。裂纹问题是激光熔覆中最棘手的问题，也是目前制约激光熔覆技术走向实用化的最大障碍。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种激光熔覆修复和强化模具的方法，既可以在模具修复过程中消除激光熔覆层的裂纹、气孔等缺陷，提高激光熔覆层的质量，又可以提高模具表面的使用性能，极大的提高了模具的使用寿命。
本发明是这样实现的：
一种激光熔覆修复和强化模具的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：对待熔覆模具材料表面进行前处理：清洁、喷砂、烘干；
步骤二：采用超音速火焰喷涂设备将合金粉末对材料表面进行喷涂，所述超音速火焰喷涂设备的喷枪与工件之间的距离为20～35cm，喷枪移动速度为0.5～5cm/s，丙烷压力为0.45～0.8MPa，氧气气压为0.8～1.2MPa，氮气气压为0.5～1.0MPa，合金粉末流量为20～50g/min；喷涂过程中，待熔覆模具材料表面温度不超过300℃，超过300℃时立刻停止喷涂，待温度降至100℃时，再重新喷涂；
步骤三：激光照射，所述激光照射的功率为1000～1500W，激光移动速度为0.3～1cm/s。
所述步骤二中的合金粉末为质量比为80％Ni60、20％WC和1％的Y2O3。
所述步骤三中激光照射之前需要将工件预热到250～300℃。
所述步骤一中的喷砂，具体包括番号为24目的黑刚玉砂做喷砂处理。
本发明的优点在于：1、本发明应用超音速火焰喷涂技术预置粉末法预置于模具材料表面，然后经过激光辐射熔覆，工艺简单，操作灵活，易控制基体的熔深，粉末分布均匀。2、在喷涂过程中对基体表面温度进行控制，可以增加涂层厚度，防止涂层掉落。3、在激光辐射熔覆过程中，基体表面温度急剧提高，加速冶金反应的过程，防止在金属凝固过程中的成分偏析和组织偏析产生，并且由于粉末材料中有高熔点的碳化物陶瓷成分，金属凝固的时候更容易以碳化物为晶核，得到细化等轴晶粒，这个过程可以极大的提高熔覆层的韧性。4、在激光辐射的过程中，预置的粉末发生冶金反应，有利于使超音速火焰喷涂过程中涂层中的气体溢出，降低超音速火焰喷涂涂层的孔隙率，提高合金冶金质量。5、本发明可以实现在模具表面熔覆一层组织致密结合力优良的金属陶瓷层，并且涂层厚度可以达到5mm及其以上。6、经过本发明处理后的模具表面具有更好的抗磨损、抗腐蚀性能。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1是本发明超音速火焰喷涂后的模具表面剖面金相照片；
图2是本发明超音速火焰喷涂后再激光熔覆修复后的模具表面剖面金像照片；
图3是本发明5mm厚激光熔覆涂层的试样的照片；
图4是本发明5mm厚激光熔覆后涂层的试样取样的照片；
图5是本发明5mm厚激光熔覆后涂层的试样销的照片。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例
一种激光熔覆修复和强化模具的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：对待熔覆模具材料表面进行前处理：清洁、喷砂、烘干；主要是除去模具材料表面的油污、杂质和表面缺陷；
步骤二：采用超音速火焰喷涂设备将合金粉末对材料表面进行喷涂，合金粉末为质量比为79％Ni60、20％WC和1％的Y2O3。喷涂过程中，待熔覆模具材料表面温度不超过300℃，超过300℃时立刻停止喷涂，待温度降至100℃时，再重新喷涂；所述超音速火焰喷涂设备的喷枪与工件之间的距离为20cm，喷枪移动速度为0.5cm/s，丙烷压力为0.45MPa，氧气气压为0.8MPa，氮气气压为0.5MPa，合金粉末流量为20g/min；以上参数并非限定特定数值，实践中可以按表1中的数值进行选取；
表1：
步骤三：激光照射，在激光照射前，先将模具预热到250℃，以降低激光熔覆后冷却过程中带来的热应力和热变形，激光照射的功率为1000W，激光移动速度为1cm/s；
步骤四：重复步骤二和步骤三，直到获得模具需要的修复厚度。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种激光熔覆修复和强化模具的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：对待熔覆模具材料表面进行前处理：清洁、喷砂、烘干；
步骤二：采用超音速火焰喷涂设备将合金粉末对材料表面进行喷涂，所述合金粉末的粒径为400目，超音速火焰喷涂设备的喷枪与工件之间的距离为20～35cm，喷枪移动速度为0.5～5cm/s，丙烷压力为0.45～0.8MPa，氧气气压为0.8～1.2MPa，氮气气压为0.5～1.0MPa，合金粉末流量为20～50g/min；喷涂过程中，待熔覆模具材料表面温度不超过300℃，超过300℃时立刻停止喷涂，待温度降至100℃时，再重新喷涂；
步骤三：激光照射，所述激光照射的功率为1000～1500W，激光移动速度为0.3～1cm/s；
步骤四：重复步骤二和步骤三，直到获得模具需要的修复厚度。
2.如权利要求1所述的一种激光熔覆修复和强化模具的方法，其特征在于：步骤二中的合金粉末为质量比为79％Ni60、20％WC和1％的Y2O3。
3.如权利要求1所述的一种激光熔覆修复和强化模具的方法，其特征在于：步骤三中激光照射之前需要将工件预热到250～300℃。
4.如权利要求1所述的一种激光熔覆修复和强化模具的方法，其特征在于：步骤一中的喷砂，具体包括番号为24目的黑刚玉砂做喷砂处理。
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