CN109738332A - 一种激光熔覆熔覆层致密度测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种激光熔覆熔覆层致密度测量方法，只需要激光熔覆之后线切割任意位置任意大小的熔覆层，进行表面打磨和去污干燥即可直接按照本发明方法进行致密度的测定，具有无需腐蚀、评价精确、测量环境优越，操作简单，结果分析准确等优点，为激光熔覆过程工艺的选择提供了快速、准确和有效的实验依据。
Description
技术领域
本发明涉及激光熔覆层致密度测量技术领域，尤其涉及一种激光熔覆熔覆层致密度测量方法。
背景技术
进入20世纪80年代以来，激光熔覆技术得到了迅速的发展，目前已成为国内外研究的热点。这种技术利用激光发生器发射高能激光束在短时间内将被加工零件表面微熔，使零件表面预置粉末或与激光束同步输送的合金粉末、合金丝完全熔化，经过快速凝固，获得与基体形成良好结合的熔覆层，达到零件表面几何尺寸和原有性能的恢复。激光熔覆再制造技术可以快速制备出相当于基体材料性能的熔覆层，赋予零件耐高温、耐腐蚀、耐磨损等性能。
在激光熔覆中，熔覆层质量的好坏受激光参数(激光系统)、材料特性、环境条件及加工工艺的影响。选择合适的激光功率，扫描速度，搭接率可以得到表面质量较好并且显微组织致密的熔覆层。但是由于激光熔覆过程中工艺参数等因素的影响必然会产生孔隙，孔隙的存在会影响熔覆层材料力学性能，对于孔隙的测量显得尤为重要。
熔覆层的组织和材料力学性能与孔隙的产生息息相关，孔隙率的测定结果即可表征为熔覆层组织的致密度，得出熔覆层组织的致密度的具体数值，可以对激光熔覆工艺参数进行适当调整，比如调整激光功率、扫描速度和对激光熔覆过程进行氩气保护，以便减少孔隙的产生和杂质过多的进入熔覆层，得到组织比较致密孔隙较少的熔覆层，使得材料的综合力学性能水平显著提高，延长激光熔覆修复之后设备的使用寿命。
关于材料中心致密度的测定表征在连铸方面应用较多，申请号为“201310226194.2”，发明名称是“一种连铸坯中心疏松或中心缩孔定量评定方法”，此专利选择连铸坯厚度四分之一处试样并排水法测得密度为ρ0，中心处位置测得试样密度为ρ，利用的值表征中心缩孔或中心疏松的程度，该方法较为粗糙，所选位置可能多为柱状晶且易出现裂纹和偏析，因此不能确定是否是表征致密度结果的最大位置，测定表征结果不精确，误差较大。
申请号为“201510778910.7”，发明名称是“一种连铸坯中心致密度的测定方法”，虽然该方法在专利申请号“201310226194.2”的基础上有所改善，采取蜡封试样、不用排水法进行试样密度的测定和选取等轴晶位置等方法的优化以此来增加测试结果的准确性，以的结果表征连铸坯中心致密度。但是这种方法在选取等轴晶位置试样时候一定要精确，一旦不能准确选取，致使最终结果将会误差过大，和实际连铸坯中心致密度结果相差甚多，可能会给连铸工艺带来错误的理论参考依据。
综上所述可知，目前对于激光熔覆熔覆层的致密度测定还没有一个较为成熟的表征测定方法，大多数情况下都是通过选取试样，然后利用光学显微镜进行直接的观察来进行熔覆层组织的孔隙多少和质量好坏分析评定，这种分析评定方法需要经过线切割切样，金相镶嵌，砂纸打磨，表面抛光，王水腐蚀，显微组织观察这一系列的实验步骤才可得到最终的结果，费时费力，还不利于操作。
发明内容
本发明的目的在于提出一种无需腐蚀、操作简单且分析结果准确的激光熔覆熔覆层致密度测量方法。
为达到上述目的，本发明提出一种激光熔覆熔覆层致密度测量方法，包括以下步骤：
步骤一：利用半导体激光器在基体上进行激光熔覆，获得熔覆层；
步骤二：利用线切割方式在所述熔覆层表面取样；
步骤三：对试样进行表面打磨、表面清理和去油污处理；
步骤四：对所述试样进行干燥，并且测出试样的体积V和质量m1；
步骤五：将所述试样放在盛有玉米油的半开口烧杯的杯口，进行干燥以及真空处理；
步骤六：将所述试样置于所述烧杯内，并将少量玉米油压入所述试样中；
步骤七：将所述试样取出，对所述试样进行表面去油处理；
步骤八：测出所述试样的质量m2,并且计算出玉米油浸入所述试样的质量为Δm；
步骤九：计算得出玉米油浸入所述试样的体积ΔV；
步骤十：通过公式计算得出激光熔覆熔覆层的致密度δ。
优选的，在步骤一中，利用最高输出功率表为3000W的半导体激光器在基体上进行激光熔覆，并且进行多层累加，以获得一定厚度的熔覆层。
优选的，在步骤三中，采用400目的砂纸对所述试样表面进行打磨；利用超声波清洗仪器进行表面清理和去油污处理。
优选的，在步骤四中，利用干燥箱对所述试样进行干燥；通过万分位精密天平测出质量m1。
优选的，在步骤五中，将所述试样放在盛有玉米油的半开口烧杯的杯口，置于真空干燥箱内进行干燥以及真空处理30分钟。
优选的，轻拍真空干燥箱，从而将所述试样倒入所述烧杯内，采用吸油纸对所述试样进行表面去油处理。
优选的，Δm＝m2-m1。
优选的，玉米油的常温状态下密度ρ＝0.9192g/cm3；ΔV＝Δm/ρ。
与现有技术相比，本发明的优势之处在于：本发明的方法，只需要激光熔覆之后线切割任意位置任意大小的熔覆层，进行表面打磨和去污干燥即可直接按照本发明方法进行致密度的测定，具有无需腐蚀、评价精确、测量环境优越，操作简单，结果分析准确等优点，为激光熔覆过程工艺的选择提供了快速、准确和有效的实验依据。
附图说明
图1为本发明一实施例中激光熔覆层的整体结构示意图；
图2为本发明一实施例中在激光熔覆层表面取样示意图；
图3为本发明一实施例中屎样置于盛有玉米油的烧杯上方一起真空干燥的示意图；
图4为本发明一实施例中试样浸入玉米油的示意图
图5为本发明一实施例中致密度测定实验结果示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案作进一步地说明。
本发明提出一种一种激光熔覆熔覆层2致密度测量方法，包括以下步骤：
步骤一：如图1所示，利用最高输出功率表为3000W的半导体激光器在基体1上进行激光熔覆，并且进行多层累加，以获得一定厚度的熔覆层2；
步骤二：如图2所示，利用线切割方式在熔覆层2表面取样；
步骤三：采用400目的砂纸对试样3进行表面打磨、利用超声波清洗仪器进行表面清理和去油污处理；
步骤四：利用干燥箱对试样3进行干燥，并且通过万分位精密天平测出试样3的质量m1以及通过游标卡尺测出体积V；
步骤五：如图3所示，将试样3放在盛有玉米油5的半开口烧杯4的杯口，置于真空干燥箱内进行干燥以及真空处理30分钟；
步骤六：如图4所示，轻拍真空干燥箱，将试样3抖落至烧杯4内，并将少量玉米油5压入试样3中；
步骤七：将试样3取出，采用吸油纸对试样3进行表面去油处理；
步骤八：测出试样3的质量m2,并且计算出玉米油5浸入试样3的质量为Δm，Δm＝m2-m1；
步骤九：计算得出玉米油5浸入试样3的体积ΔV，玉米油5的常温状态下密度ρ＝0.9192g/cm3；ΔV＝Δm/ρ。
步骤十：通过公式计算得出激光熔覆熔覆层2的致密度δ。
在本实施例中，本发明的方法，只需要激光熔覆之后线切割任意位置任意大小的熔覆层2，进行表面打磨和去污干燥即可直接按照本发明方法进行致密度的测定，具有无需腐蚀、评价精确、测量环境优越，操作简单，结果分析准确等优点，为激光熔覆过程工艺的选择提供了快速、准确和有效的实验依据。
以下将结合实验数据对本发明的方法做出进一步的阐述：
步骤一：如图1所示，利用最高输出功率表为3000W的半导体激光器在基体1上进行激光熔覆，并且进行多层累加，以获得一定厚度的熔覆层2；
步骤二：如图2所示，利用线切割方式在熔覆层2表面取样，在不同位置随机取样4分同样大小的长方体试样3，并且编号A、B、C、D。
步骤三：采用400目的砂纸对试样3进行表面打磨、利用超声波清洗仪器进行表面清理和去油污处理；
步骤四：利用干燥箱对试样3进行干燥，并且通过万分位精密天平测出试样3的质量mA1＝5.3965g；通过游标卡尺测出试样A的体积VA＝0.07056cm3。
步骤五：如图3所示，将试样3放在盛有玉米油5的半开口烧杯4的杯口，置于真空干燥箱内进行干燥以及真空处理30分钟；
步骤六：如图4所示，轻拍真空干燥箱，将试样3抖落至烧杯4内，并将少量玉米油5压入试样3中；
步骤七：将试样3取出，采用吸油纸对试样3进行表面去油处理；
步骤八：测出去油后试样A的质量mA2＝5.4010g,并且计算出玉米油5浸入试样3的质量为Δm，Δm＝mA2-mA1＝5.4010-5.3965＝0.0035g；
步骤九：计算得出玉米油5浸入试样3的体积ΔV，玉米油5的常温状态下密度ρ＝0.9192g/cm3；由此得到ΔV＝3.80766mm3。
步骤十：通过公式计算得出激光熔覆熔覆层2的致密度
如图5所示，重复上述步骤，最终对试样3、B、C、D的致密度均作出测试。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种激光熔覆熔覆层致密度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：利用半导体激光器在基体上进行激光熔覆，获得熔覆层；
步骤二：利用线切割方式在所述熔覆层表面取样；
步骤三：对试样进行表面打磨、表面清理和去油污处理；
步骤四：对所述试样进行干燥，并且测出试样的体积V和质量m1；
步骤五：将所述试样放在盛有玉米油的半开口烧杯的杯口，进行干燥以及真空处理；
步骤六：将所述试样置于所述烧杯内，并将少量玉米油压入所述试样中；
步骤七：将所述试样取出，对所述试样进行表面去油处理；
步骤八：测出所述试样的质量m2,并且计算出玉米油浸入所述试样的质量为Δm；
步骤九：计算得出玉米油浸入所述试样的体积ΔV；
步骤十：通过公式计算得出激光熔覆熔覆层的致密度δ。
2.根据权利要求1所述的激光熔覆熔覆层致密度测量方法，其特征在于，在步骤一中，利用最高输出功率表为3000W的半导体激光器在基体上进行激光熔覆，并且进行多层累加，以获得一定厚度的熔覆层。
3.根据权利要求1所述的激光熔覆熔覆层致密度测量方法，其特征在于，在步骤三中，采用400目的砂纸对所述试样表面进行打磨；利用超声波清洗仪器进行表面清理和去油污处理。
4.根据权利要求1所述的激光熔覆熔覆层致密度测量方法，其特征在于，在步骤四中，利用干燥箱对所述试样进行干燥；通过万分位精密天平测出质量m1。
5.根据权利要求1所述的激光熔覆熔覆层致密度测量方法，其特征在于，在步骤五中，将所述试样放在盛有玉米油的半开口烧杯的杯口，置于真空干燥箱内进行干燥以及真空处理30分钟。
6.根据权利要求1所述的激光熔覆熔覆层致密度测量方法，其特征在于，轻拍真空干燥箱，从而将所述试样倒入所述烧杯内，采用吸油纸对所述试样进行表面去油处理。
7.根据权利要求1所述的激光熔覆熔覆层致密度测量方法，其特征在于，Δm＝m2-m1。
8.根据权利要求1所述的激光熔覆熔覆层致密度测量方法，其特征在于，玉米油的常温状态下密度ρ＝0.9192g/cm3；ΔV＝Δm/ρ。
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