CN109183029B - 一种激光熔覆工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光加工技术领域，尤其是一种激光熔覆工艺。包括一下步骤：S1：清洗金属构件表面，采用去污剂去除表面油污；S2：在热处理炉中预热所述金属构件；S3：采用激光器并加入预制的合金粉末进行激光熔覆；S4：激光辐照离去后迅速冷却，冷却后对金属构件表面进行打磨和抛光。本发明适于工业生产，可取代镀铬工艺，节约涂层成本，减少环境污染；所得涂层硬度高、耐磨性能好，且涂层与工件表面结合更好。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，尤其是一种激光熔覆工艺。
背景技术
在工程机械领域，许多轴类金属构件对表面有耐蚀、耐磨性等要求，需要对表面进行特殊处理，在金属构件表面镀铬是现有常用的处理工艺。镀铬层具有良好的化学稳定性，但是镀铬过程贵金属和水的用量大，并对环境污染严重；而且镀铬层与金属构件表面的结合为非冶金结合，电镀层容易局部受损，造成整个金属构件报废。激光熔覆层具有硬度大和耐磨性能好的特性，是良好的镀铬层替代物，而目前的激光熔覆工艺仍存在很多问题不能很好满足工业生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光熔覆工艺，克服镀铬工艺用料和加工成本高、对环境污染大的缺陷，并适于工业生产。
为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
一种激光熔覆工艺，包括以下步骤：
S1：预处理：对金属构件表面进行清洗，采用去污剂去除表面油污；
S2：预热：在热处理炉中预热所述金属构件；
S3：激光熔覆：采用激光器并加入预制的合金粉末进行激光熔覆，其中激光熔覆的工艺参数为：
激光功率P，2500W≤P≤3500W；
扫描速率V，10mm/s≤V≤45mm/s；
光斑尺寸，其中，光斑长为L，光斑宽为W，5mm≤L≤10mm，1mm≤W≤6mm；
搭接率：50％；
熔覆层厚度：0.15-0.3mm；
S4：后处理：激光辐照离去后迅速冷却，冷却后对金属构件表面进行打磨和抛光。
作为优选，所述去污剂为丙酮或天那水。
作为优选，所述激光器为半导体激光器。
作为优选，所述合金粉末的供给速度为38～40g/min，合金粉末的直径为44～178μm。
作为优选，所述合金粉末为钴基合金或镍基合金或铁基合金，其中：
所述合金粉末为钴基合金时的组成成分中的以下各成分的质量百分比为：C为0.06％～0.10％，Si为3.3％～3.5％，Fe为7.1％～7.3％，Cr为16.5％～18.2％，Ni为7.1％～7.6％，余量为Co；
所述合金粉末为镍基合金时的组成成分中的以下各成分的质量百分比为：C为0.55％～0.85％，Si为4.1％～4.5％，B为2.8％～3.3％，Fe为3.4％～3.9％，Cr为12.5％～15.5％，余量为Ni；
所述合金粉末为铁基合金时的组成成分中的以下各成分的质量百分比为：C为0.9％～1.2％，Si为0.25％～0.35％，Cr为3.5％～4.5％，Mo为4.5％～5.5％，Mn为0.25％～0.35％，W为5.5％～6.5％，余量为Fe。
作为优选，所述合金粉末的粒度为100-270目。
本发明的有益效果是：采用适于工业生产的激光熔覆方法取代镀铬工艺，节约涂层成本，减少环境污染；所得涂层表面均匀、耐磨性能好，且涂层与工件表面结合更好。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清晰，下面将结合实施例，对本发明作进一步的描述。
实施例一
一种激光熔覆工艺，包括以下步骤：
S1：预处理：清洗金属构件表面，采用丙酮或天那水去除表面油污。
S2：预热：在热处理炉中预热所述金属构件。
S3：激光熔覆：采用半导体激光器并加入预制的合金粉末进行激光熔覆，合金粉末的粒度为100-270目，纯度不少于99％；其中激光熔覆的工艺参数为：激光功率P＝3000W；扫描速率V＝30mm/s；光斑尺寸，其中，光斑尺寸为L*W＝5mm*5mm；搭接率：50％；熔覆层厚度：0.2mm；熔覆层厚度：0.2mm；激光熔覆时合金粉末的供给速度为38～40g/min。
S4：后处理：激光辐照离去后迅速冷却，冷却后对金属构件表面进行打磨和抛光。
采用钴基合金作为合金粉末进行激光熔覆，其中，钴基合金粉末的直径为44～178μm，钴基合金的组成成分以及各成分的质量百分比分别为：C为0.06％～0.10％，Si为3.3％～3.5％，Fe为7.1％～7.3％，Cr为16.5％～18.2％，Ni为7.1％～7.6％，余量为Co。
实施例二
一种激光熔覆工艺，包括以下步骤：
S1：预处理：清洗金属构件表面，采用丙酮或天那水去除表面油污。
S2：预热：在热处理炉中预热所述金属构件。
S3：激光熔覆：采用半导体激光器并加入预制的合金粉末进行激光熔覆，合金粉末的粒度为100-270目，纯度不少于99％；其中激光熔覆的工艺参数为：激光功率P＝3000W；扫描速率V＝30mm/s；光斑尺寸，其中，光斑尺寸为L*W＝5mm*5mm；搭接率：50％；熔覆层厚度：0.15-0.3mm；熔覆层厚度：0.2mm；合金粉末的供给速度为38～40g/min。
S4：后处理：激光辐照离去后迅速冷却，冷却后对金属构件表面进行打磨和抛光。
采用镍基合金作为合金粉末进行激光熔覆，其中，镍基合金粉末的直径为44～178μm，镍基合金的组成成分以及各成分的质量百分比分别为：C为0.55％～0.85％，Si为4.1％～4.5％，B为2.8％～3.3％，Fe为3.4％～3.9％，Cr为12.5％～15.5％，余量为Ni。
实施例三
一种激光熔覆工艺，包括以下步骤：
S1：预处理：清洗金属构件表面，采用丙酮或天那水去除表面油污。
S2：预热：在热处理炉中预热所述金属构件。
S3：激光熔覆：采用半导体激光器并加入预制的合金粉末进行激光熔覆，合金粉末的粒度为100-270目，纯度不少于99％；其中激光熔覆的工艺参数为：激光功率P＝3000W；扫描速率V＝30mm/s；光斑尺寸，其中，光斑尺寸为L*W＝5mm*5mm；搭接率：50％；熔覆层厚度：0.15-0.3mm；熔覆层厚度：0.2mm；合金粉末的供给速度为38～40g/min。
S4：后处理：激光辐照离去后迅速冷却，冷却后对金属构件表面进行打磨和抛光。
采用铁基合金作为合金粉末进行激光熔覆，其中，铁基合金粉末的直径为44～178μm，铁基合金的组成成分以及各成分的质量百分比分别为：C为0.9％～1.2％，Si为0.25％～0.35％，Cr为3.5％～4.5％，Mo为4.5％～5.5％，Mn为0.25％～0.35％，W为5.5％～6.5％，余量为Fe。
为验证本发明带来的效果，选取上述三个实施例中得到的激光熔覆层样品，并进行测试。其中，随机从所得样品选取若干个测试品进行硬度测试，并去平均值，硬度测试的结果如下表所示。
| 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 |
| 64HRC | 62HRC | 65HRC |
随机从所得样品选取若干个测试品进行硬度测试，并选取相同数量无熔覆层金属构件测试品作为对比。测试结果为，熔覆层最大摩擦系数为0.485，平均摩擦系数为0.46，而金属构件基体最大摩擦系数为0.831，平均摩擦系数为0.672。可以看出，本发明的熔覆层摩擦系数较少，耐磨性能好。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种激光熔覆工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：预处理：对金属构件表面进行清洗，用去污剂去除表面油污；
S2：预热：在热处理炉中预热所述金属构件；
S3：激光熔覆：用激光器并加入预制的合金粉末进行激光熔覆，其中激光熔覆的工艺参数为：
激光功率P，2500W≤P≤3500W；
扫描速率V，10mm/s≤V≤45mm/s；
光斑尺寸，其中，光斑长为L，光斑宽为W，5mm≤L≤10mm，1mm≤W≤6mm；
搭接率：50％；
熔覆层厚度：0.15-0.3mm；
所述合金粉末为钴基合金或镍基合金或铁基合金，其中：
所述合金粉末为钴基合金时的组成成分中的以下各成分的质量百分比为：C为0.06％～0.10％，Si为3.3％～3.5％，Fe为7.1％～7.3％，Cr为16.5％～18.2％，Ni为7.1％～7.6％，余量为Co和不可避免的杂质；
所述合金粉末为镍基合金时的组成成分中的以下各成分的质量百分比为：C为0.55％～0.85％，Si为4.1％～4.5％，B为2.8％～3.3％，Fe为3.4％～3.9％，Cr为12.5％～15.5％，余量为Ni和不可避免的杂质；
所述合金粉末为铁基合金时的组成成分中的以下各成分的质量百分比为：C为0.9％～1.2％，Si为0.25％～0.35％，Cr为3.5％～4.5％，Mo为4.5％～5.5％，Mn为0.25％～0.35％，W为5.5％～6.5％，余量为Fe和不可避免的杂质；
S4：后处理：激光辐照离去后迅速冷却，冷却后对金属构件表面进行打磨和抛光。
2.根据权利要求1所述的一种激光熔覆工艺，其特征在于：所述去污剂为丙酮或天那水。
3.根据权利要求1所述的一种激光熔覆工艺，其特征在于：所述激光器为半导体激光器。
4.根据权利要求1所述的一种激光熔覆工艺，其特征在于：所述合金粉末的供给速度为38～40g/min，合金粉末的直径为44～178μm。
5.根据权利要求1所述的一种激光熔覆工艺，其特征在于：所述合金粉末的粒度为100-270目。
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