CN111058027A - 具有强耐磨性dm码的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有强耐磨性DM码的制备方法，用于解决现有方法制备的DM码耐磨性差的技术问题。技术方案是以Ti‑6Al‑4V钛合金为基体，Ti‑6Al‑4V+TiC混合粉末为熔覆粉末材料，采用送粉法在钛合金表面制备复合熔覆层；在最优工艺参数组合制备的试样上，使用激光打标机进行激光标刻，在熔覆层上产生DM码标识，通过摩擦磨损试验，电子显微镜下观察，验证激光标刻过程不会损伤基体，涂层对基体起到了保护作用，同时该方法制备的DM码标识具有强耐磨性。本发明可形成一种不会对基体造成损伤，同时具有强耐磨性的DM码标识。

Description

具有强耐磨性DM码的制备方法

技术领域

本发明涉及一种DM码的制备方法，特别涉及一种具有强耐磨性DM码的制备方法。

背景技术

文献“基于二维条码质量的激光直接标刻工艺参量，中南大学学报：自然科学版，2015，46(12)，p4488-4496”公开了一种在钛合金表面激光直接标刻工艺参量的选择分析方法，为避免TC4钛合金表面激光连续标刻机器可识读的高质量DM码时激光参量选择的盲目性，提出单因素实验、正交实验和方差分析、信噪比分析、回归分析相结合的方法研究激光参量及其交互作用对条码质量的影响,采用逐步回归法对正交实验结果进行多元非线性回归分析,开发的模型可用于预测TC4钛合金表面激光直接标刻的DM码的质量，极大地提高了TC4钛合金表面激光直接标刻的工业应用。

然而，在钛合金表面利用激光直接标识存在以下缺陷：

1、其主要问题为激光直接标刻产生的DM码耐磨性较差，零件在制造加工和使用时往往会在各种恶劣工况下服役，因此标刻在零件表面的DM码标识不可避免地将会暴露在盐雾腐蚀、摩擦磨损环境下，另外钛合金的耐磨性较差，在钛合金上激光打标产生的标识会容易因为摩擦磨损而被破坏，导致无法识读而失效。

2、此外激光直接打标对零件基材进行了不同程度的侵入，不能做到完全无损的标识。激光标刻钛合金的过程即激光与材料的相互作用，其直接效果就是激光对材料的破坏。对于钛合金而言，激光与其相互作用过程中，会有大量的生成物，生成物以很高的速度向外扩散飞溅，使钛合金表面获得一个反冲动量，使应力波在材料内部产生，在激光标刻钛合金的过程中，会对材料表面造成损伤，在高质量标识表面容易产生裂纹。

现有提高零件表面DM码耐磨性的方法主要包括：在零件表面DM码标识区域涂覆一层透明涂层，将DM码保护起来以提高DM码在恶劣工况下的耐久性；配比不同成分组成的抗磨损、耐腐蚀的金属粉末用激光焊接在零件表面形成二维条码，该方法可增强零件表面二维条码的耐磨性与抗腐蚀性；根据目前的研究，这些方法在应用时具有以下缺陷：

在零件表面DM码标识区域涂覆一层透明涂层尽管可以使DM码耐久性得到提高，但透明涂层下DM码的识读是该方法的问题所在，透明涂层下DM码可识读性低成为此种方法提高DM码耐磨性的瓶颈。

在零件表面用激光焊接抗磨损、耐腐蚀的金属粉末形成的DM码，其耐磨性确实可得以提高，但该方法工艺较为复杂，成本较高，整体效果不经济。

发明内容

为了克服现有方法制备的DM码耐磨性差的不足，本发明提供一种具有强耐磨性DM码的制备方法。该方法以Ti-6Al-4V钛合金为基体，Ti-6Al-4V+TiC混合粉末为熔覆粉末材料，采用送粉法在钛合金表面制备复合熔覆层；在最优工艺参数组合制备的试样上，使用激光打标机进行激光标刻，在熔覆层上产生DM码标识，通过摩擦磨损试验，电子显微镜下观察，验证激光标刻过程不会损伤基体，涂层对基体起到了保护作用，同时该方法制备的DM码标识具有强耐磨性。本发明可形成一种不会对基体造成损伤，同时具有强耐磨性的DM码标识。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种具有强耐磨性DM码的制备方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、在基体材料Ti-6Al-4V钛合金上制备激光熔覆涂层，熔覆前对Ti-6Al-4V钛合金进行预处理，使用水砂纸将试样打磨出金属光泽，粉末材料使用Ti-6Al-4V粉末和TiC粉末，将Ti-6Al-4V粉末和TiC粉末在球磨机中低能球磨混合均匀，混合时间180min，转速300r/min，得到涂层材料。

步骤二、使用预处理的材料进行激光熔覆，激光熔覆时，将粉末放入国产DPSF-2送粉器中，采用同步送粉法，熔覆使用最大功率3000W光纤激光器，使用机器人手臂控制熔覆头路径与扫描速度。根据所选的粉末材料与先前实验的经验数据，选定激光熔覆的工艺参数为：光斑直径3mm，搭接率50％，正交试验试验变量及水平为：激光功率1500W、1800W、2000W，扫描速度900mm/min、600mm/min、480mm/min，送粉率12g/min、8g/min、6g/min；在钛合金表面制备出呈良好冶金结合的Ti-6Al-4V+TiC复合熔覆涂层。

步骤三、将制备的激光熔覆涂层在金相磨抛机上打磨至表面平整光滑，在高温摩擦磨损试验机上进行干摩擦试验，计算磨损失重并分析试验变量对涂层耐磨性的影响，设置摩擦试验参数为：载荷300g，电机频率4Hz，转速224r/min，摩擦半径2mm，摩擦系数限值2，摩擦时间40分钟，确定最优工艺参数组合为激光功率1500W，扫描速度900mm/min，送粉率12g/min。

步骤四、在熔覆涂层上激光标刻DM码，选择最优工艺参数组合制备的熔覆层试样，使用YLP-D10激光打标机在该熔覆层表面激光标刻生成DM码，激光打标的参数设置为：激光功率比90％，扫描速度307mm/s，频率31Hz，线间距0.006mm。

本发明的有益效果是：该方法以Ti-6Al-4V钛合金为基体，Ti-6Al-4V+TiC混合粉末为熔覆粉末材料，采用送粉法在钛合金表面制备复合熔覆层；在最优工艺参数组合制备的试样上，使用激光打标机进行激光标刻，在熔覆层上产生DM码标识，通过摩擦磨损试验，电子显微镜下观察，验证激光标刻过程不会损伤基体，涂层对基体起到了保护作用，同时该方法制备的DM码标识具有强耐磨性。本发明可形成一种不会对基体造成损伤，同时具有强耐磨性的DM码标识。

1)相对于激光直接标刻在钛合金表面的DM码，本发明在激光熔覆涂层上激光标刻的DM码标记其耐磨性得到了大大的提高。经过发明人研究，当TiC和Ti-6Al-4V粉末配比合适、涂层均匀且激光标刻工艺参数设置合理时，对激光熔覆得到的试样和未经处理的钛合金基体进行摩擦磨损试验，通过计算磨损失重与体积磨损率，发现涂层耐磨性相比未经熔覆的基体而言提高了5倍，在激光熔覆层上激光标刻产生DM码标识后，对标识进行摩擦磨损试验，在校验仪下识读DM码质量，与未经处理激光标刻的DM码作对比，基体DM码摩擦磨损后无法识读，激光熔覆层DM码X、Y方向打印增长稍有增加，但仍然能够有效识读，熔覆层DM码耐磨性得到了大大提高。

2)使用本发明方法制备DM码标识后，通过扫描电子显微镜观察激光打标对涂层影响的深度，发现激光对涂层约200μm深度范围有影响，经过研究熔覆层的高度有1000μm，因此在激光熔覆涂层上激光标刻不会刻蚀基体，在激光打标过程中，涂层对基体起到了保护作用；

3)该方法制备的DM码标记过程简单，操作性强，相对于其他提高DM码耐磨性的方法其效率大大提高。

综上，相对于激光直接标刻在钛合金表面的DM码标识，该发明制备的DM码标识其耐磨性得到了大大提高，而且激光标刻过程不会损伤基体，涂层对基体起到了保护作用，工艺过程简单，效率高。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明具有强耐磨性DM码的制备方法的流程图。

图2是本发明方法制备的DM码的实例图。

图3是本发明方法制备的DM码经历40min摩擦磨损后的图像。

图4是背景技术方法制备的DM码的实例图。

图5是背景技术方法制备的DM码经历40min摩擦磨损后的图像。

具体实施方式

参照图1-3。本发明具有强耐磨性DM码的制备方法具体步骤如下：

步骤一、制备激光熔覆涂层，基体材料为Ti-6Al-4V钛合金，试样为直径3cm，高度5mm的圆块状钛合金，熔覆前使用水砂纸打磨出金属光泽，粉末材料使用200目的Ti-6Al-4V粉末和TiC粉末，其中TiC粉末的体积分数为15％，将两种粉末在球磨机中低能球磨混合均匀，混合时间180min，转速300r/min。

步骤二、使用处理后的材料进行激光熔覆，激光熔覆时，将粉末放入国产DPSF-2送粉器中，采用同步送粉法，熔覆所使用的大功率激光器为进口IPG YLS-3000-CL光纤激光器，使用机器人手臂控制熔覆头路径与扫描速度，激光熔覆全程在充氩环境下进行。根据所选的粉末材料与先前实验的经验数据，进行正交试验，激光熔覆的工艺参数设置为：光斑直径3mm，搭接率50％，正交试验试验变量及水平为：激光功率1500W、1800W、2000W，扫描速度900mm/min、600mm/min、480mm/min，送粉率12g/min、8g/min、6g/min；在钛合金表面制备出呈良好冶金结合的Ti-6Al-4V+TiC复合熔覆涂层。

步骤三、将制备的激光熔覆涂层在金相磨抛机上打磨至表面平整光滑，并在高温摩擦磨损试验机上进行干摩擦试验，设置摩擦试验参数为：载荷300g，电机频率4Hz，转速224r/min，摩擦半径2mm，摩擦系数限值2，摩擦时间40分钟。计算磨损失重并分析试验变量对涂层耐磨性的影响，求算最优工艺参数组合，结合激光熔覆工艺，确定最优工艺参数组合为激光功率1500W，扫描速度900mm/min，送粉率12g/min。

步骤四、在熔覆涂层上激光标刻DM码，选择最优工艺参数组合制备的熔覆层试样，使用YLP-D10激光打标机在该熔覆层表面激光标刻生成DM码，激光打标的参数设置为：激光功率比90％，扫描速度307mm/s，频率31Hz，线间距0.006mm。

步骤五、将带有DM码标识的熔覆层进行线切割，在电子显微镜下观察激光打标刻蚀熔覆层的深度，发现激光打标的影响深度约为200-300μm，熔覆层厚度可达到1000μm，熔覆层在激光打标过程中对基体产生保护作用。将在熔覆层上激光标刻的DM码与在基体上直接打标产生的DM码作为对比，进行摩擦磨损试验，摩擦试验参数为：载荷300g，电机频率4Hz，转速224r/min，摩擦半径2mm，摩擦系数限值2，摩擦时间40分钟。摩擦磨损后在美国迈斯肯公司生产的DPM校验仪中进行DM码质量识读，根据表1结果，证明在熔覆层上激光打标生成的DM码耐磨性得到大大提高。

表1摩擦前后DM码质量识读结果

本发明在钛合金表面制备了具有强耐磨性的DM码，激光作用在熔覆涂层高度范围内，形成一种不会对基体造成损伤，同时具有强耐磨性的DM码标识。

Claims (1)

1.一种具有强耐磨性DM码的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、在基体材料Ti-6Al-4V钛合金上制备激光熔覆涂层，熔覆前对Ti-6Al-4V钛合金进行预处理，使用水砂纸将试样打磨出金属光泽，粉末材料使用Ti-6Al-4V粉末和TiC粉末，将Ti-6Al-4V粉末和TiC粉末在球磨机中低能球磨混合均匀，混合时间180min，转速300r/min，得到涂层材料；

步骤二、使用预处理的材料进行激光熔覆，激光熔覆时，将粉末放入国产DPSF-2送粉器中，采用同步送粉法，熔覆使用最大功率3000W光纤激光器，使用机器人手臂控制熔覆头路径与扫描速度；根据所选的粉末材料与先前实验的经验数据，选定激光熔覆的工艺参数为：光斑直径3mm，搭接率50％，正交试验试验变量及水平为：激光功率1500W、1800W、2000W，扫描速度900mm/min、600mm/min、480mm/min，送粉率12g/min、8g/min、6g/min；在钛合金表面制备出呈良好冶金结合的Ti-6Al-4V+TiC复合熔覆涂层；

步骤三、将制备的激光熔覆涂层在金相磨抛机上打磨至表面平整光滑，在高温摩擦磨损试验机上进行干摩擦试验，计算磨损失重并分析试验变量对涂层耐磨性的影响，设置摩擦试验参数为：载荷300g，电机频率4Hz，转速224r/min，摩擦半径2mm，摩擦系数限值2，摩擦时间40分钟，确定最优工艺参数组合为激光功率1500W，扫描速度900mm/min，送粉率12g/min；

步骤四、在熔覆涂层上激光标刻DM码，选择最优工艺参数组合制备的熔覆层试样，使用YLP-D10激光打标机在该熔覆层表面激光标刻生成DM码，激光打标的参数设置为：激光功率比90％，扫描速度307mm/s，频率31Hz，线间距0.006mm。

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