CN109652797A - 一种不锈钢表面激光涂覆方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种不锈钢表面激光涂覆方法，步骤如下：(1)基体表面清洗除杂；(2)激光纹理处理；(3)涂覆粉末；(4)激光熔覆。本发明在熔覆层之前对基体进行激光纹理，目的是加强熔覆层和底物之间的附着力，使基体和熔覆层之间有更好的连接，采用预置粉末法，粉末涂抹均匀之后用厚度为0.05mm的黑色胶带覆盖以增加粉末的吸热，使涂覆层材料实现更完全的融化，实现涂覆层和基体更好的结合。

Description

一种不锈钢表面激光涂覆方法
技术领域
本发明属于金属表面处理领域，涉及激光熔覆技术，尤其是一种不锈钢表面激光涂覆方法。
背景技术
激光熔覆技术是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电器特性等的工艺方法。与常规的表面涂覆工艺相比较，激光涂覆具有熔覆层成分几乎不受基体成分的干扰和影响，熔覆层厚度可以准确控制、熔覆层与基体的结合为冶金结合，稀释度小，加热变形小，热作用区也很小，整个过程很容易实现在线自动控制。
304不锈钢是一种应用广泛的铬～镍不锈钢，具有良好的低温强度和力学性能，同时也具有硬度低、耐磨性差的缺点。304不锈钢属于奥氏体不锈钢，具有良好的塑性、韧性及冷加工性，在氧化性酸和大气、水、蒸汽等介质中耐蚀性较好，是一种用途很广的钢种。Ti作为一种多相复合陶瓷增强相，兼有TiC和TiN两者的优点，具有高硬度、耐氧化、耐腐蚀、耐磨等特性，受到了国内外研究者们的广泛关注。采用激光熔覆法所制备的Ti熔覆层具有与基体呈冶金结合，稀释度低，快速加热和冷却使得组织细化等特性。钨合金具有密度高、强度大、低热膨胀系数、抗腐蚀性和良好的机械加工等综合性能。
虽然连续波激光器广泛应用于激光表面改性，在这个研究领域缺乏关于使用脉冲激光的研究，由于脉冲宽度短，峰值功率高，脉冲激光可以产生足够高的熔解深度，同时也能大大提高熔池的冷却速度，现有激光涂覆技术存在涂覆层与基体之间连接不牢固和涂覆层不能完全融化的缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种能够提高基体与熔覆层结合力的不锈钢表面激光涂覆方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种不锈钢表面激光涂覆方法，在基体表面先做出纹理，再进行熔覆。
而且，所述的纹理是通过激光制出。
而且，所述的激光是波长为520-540nm的脉冲激光。
而且，所述的激光在基体上的处理深度为0.04-0.06mm。
而且，所述的纹理为多条均匀间隔设置的横向或纵向条纹或者横纵交叉组成的方格纹。
而且，所述的激光速度为900～1200mm/s，电流为44-46A。
而且，所述的不锈钢表面激光涂覆方法，具体步骤如下：
(1)基体表面清洗除杂；
(2)激光纹理处理；
(3)涂覆粉末；
(4)激光熔覆。
而且，所述的涂覆粉末是将W和Ti粉末按一定的重量比混合均匀，涂抹在基体表面，再用黑色胶带覆盖粉末。
而且，所述的W和Ti粉末的重量比为0.25～0.35:0.60～0.80。
而且，激光熔覆处理的激光功率为6～11W，扫描速度6～9mm/s的单道扫描，聚焦光斑直径0.01～0.03mm，电流40～50A。
本发明的优点和积极效果是：
本发明在熔覆层之前对基体进行激光纹理，目的是加强熔覆层和底物之间的附着力，使基体和熔覆层之间有更好的连接，采用预置粉末法，粉末涂抹均匀之后用厚度为0.05mm的黑色胶带覆盖以增加粉末的吸热，使涂覆层材料实现更完全的融化，实现涂覆层和基体更好的结合。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明方法处理后不锈钢样品的CX40M正置金相显微镜观察显微组织图；
图3为本发明步骤(2)激光处理的纹理图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种不锈钢表面激光涂覆方法，具体步骤如下：(1)基体表面清洗除杂；(2)激光纹理处理；(3)涂覆粉末；(4)激光熔覆。
基体使用304不锈钢，304不锈钢试样的化学成分见表1所示，试样尺寸15mm×15mm×1.5mm。
表1304不锈钢试样的化学成分
C Cr Ni Si Mn P S Fe
O.06 17.08 8.36 0.63 0.70 0.024 O.02 其余
步骤(1)基体表面清洗除杂具体是：先用砂纸去除表面的氧化层及污垢，再用无水乙醇清洗处理。
步骤(2)激光纹理处理具体是：采用波长为532nm(处于可见光范围内的绿光)的纳秒激光器，输出功率为10W，标记最小线宽0.02～0.1mm，激光束扫描速度900-1200mm/s、电流44-46A，进行激光熔覆试验。
表2不同底纹形状的磨损试验数据
步骤(3)涂覆粉末处理具体为：涂敷材料为W和Ti粉末，两种材料采用不同的重量百分比如表2所示。配制好的粉末研磨成粒度细小微粒混合均匀，熔覆层的面积为222-230mm2，熔覆层内两种粉末的总质量为0.05-0.06g，采用预置粉末法，粉末涂抹均匀之后用黑色胶带覆盖。
表3W和Ti粉末成分(Wt.％)
步骤(4)激光熔覆处理参数如下：
表4激光涂覆的激光技术参数
激光束熔覆处理后的样品，采用CX40M正置金相显微镜观察显微组织结构，熔覆处理后的样品从表及里呈现出四个不同的结构区，依次为熔覆区1、结合区2、纹理区3、基体区4。其中熔覆区的厚度为0.7mm，结合区厚度为0.3mm，纹理区厚度为0.018mm。
通过表3中W和Ti粉末配比和表4的激光工艺参数进行9组激光涂覆实验，然后对其进行磨损失重率试验，结果如表5所示。
表5磨损试验数据
组 磨损前质量(g) 磨损后质量(g) 失重(△g) 失重率(％)
0(304基体) 6.8380 6.7136 0.1244 1.82
1 4.7078 4.6290 0.0778 1.65
2 4.7200 4.6186 0.1014 2.15
3 4.7194 4.6325 0.0869 1.84
4 4.7310 4.6582 O.0728 1.54
5 6.8516 6.6468 0.2048 2.99
6 4.7420 4.6149 0.1271 2.68
7 4.7630 4.6380 0.1250 2.62
8 4.7407 4.6356 0.1051 2.22
9 4.7411 4.6605 0.0806 1.70
由表5可以得出第四组涂覆层的失重率为1.54％，比其它8组的磨损失重率都要低，故其磨损性能最好。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种不锈钢表面激光涂覆方法，其特征在于：在基体表面先做出纹理，再进行熔覆。
2.根据权利要求1所述的不锈钢表面激光涂覆方法，其特征在于：所述的纹理是通过激光制出。
3.根据权利要求2所述的不锈钢表面激光涂覆方法，其特征在于：所述的激光是波长为520-540nm的脉冲激光。
4.根据权利要求2所述的不锈钢表面激光涂覆方法，其特征在于：所述的激光在基体上的处理深度为0.04-0.06mm。
5.根据权利要求2所述的不锈钢表面激光涂覆方法，其特征在于：所述的纹理为多条均匀间隔设置的横向或纵向条纹或者横纵交叉组成的方格纹。
6.根据权利要求2所述的不锈钢表面激光涂覆方法，其特征在于：所述的激光速度为900～1200mm/s，电流为44-46A。
7.根据权利要求1～6任一权利要求所述的不锈钢表面激光涂覆方法，其特征在于：步骤如下：
(1)基体表面清洗除杂；
(2)激光纹理处理；
(3)涂覆粉末；
(4)激光熔覆。
8.根据权利要求7所述的不锈钢表面激光涂覆方法，其特征在于：所述的涂覆粉末是将W和Ti粉末按一定的重量比混合均匀，涂抹在基体表面，再用厚度为0.05mm的黑色胶带覆盖粉末。
9.根据权利要求8所述的不锈钢表面激光涂覆方法，其特征在于：所述的W和Ti粉末的重量比为0.25～0.35:0.60～0.80。
10.根据权利要求7所述的不锈钢表面激光涂覆方法，其特征在于：激光熔覆处理的激光功率为6～11W，扫描速度6～9mm/s的单道扫描，聚焦光斑直径0.01～0.03mm，电流40～50A。
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