CN111058028A - 一种激光熔覆粉末预置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光熔覆粉末预置方法，属于激光熔覆技术领域，该方法包括以下步骤：(1)对待熔覆的熔覆基材表面进行预处理，清理表面的灰尘、油污或锈蚀，预处理后干燥；(2)在基材表面均匀的铺置熔覆粉末；(3)在预置的熔覆粉末表面喷洒化学胶水，固定预置的熔覆粉末；(4)将化学胶水晾至干燥，即完成激光熔覆粉末预置。本发明通过喷洒一层化学胶水的方法固定金属粉末，使其在激光熔覆过程中能够保持厚度均匀。由于化学胶水在高温条件下会挥发，这样就不影响熔覆层的成分，且能达到良好的熔覆效果，熔覆后的表面平整光滑。

Description

一种激光熔覆粉末预置方法

技术领域

本发明涉及激光熔覆技术领域，特别是涉及一种激光熔覆粉末预置方法。

背景技术

激光熔覆技术发展已近半个世纪，最早开始利用激光熔覆技术的是美国，AVCO公司对易磨损部件进行了首次试验并取得成功。后来英国Rolls.Royce公司利用激光熔覆技术在发动机叶片上熔覆一层Co基合金保护涂层，通过测试熔覆层硬度和耐磨性，很好地改善了熔覆层的表面性能。激光熔覆技术产生巨大的经济效益。因此，在很多生产领域中激光熔覆技术备受欢迎，发展潜力很大。

激光熔覆技术是对材料表面进行改性的技术，已广泛应用于零件表面微观结构和成分改良，以提高其耐磨性、抗腐蚀性、抗氧化性等性能。作为激光表面改性领域中最重要的技术之一，激光熔覆技术不受基体材料制约，是改良材料表面性能的一种经济有效的手段，它利用激光光源的高能量，将给定的合金粉末与基体表面形成复杂的物理化学过程和快速凝固过程，在基体表面形成结合致密的冶金涂层。与传统的表面涂层技术，如热喷涂、等离子熔覆等技术相比，激光熔覆具有热影响区小，热形变量小，熔覆层和基底的结合为冶金结合等优点。激光熔覆技术可在低成本基体上制备高性能的表面涂层以节省大量的贵重合金、稀有金属等材料，极大地降低了制作成本，这种技术耗材少、污染小，属于绿色加工技术。可广泛应用于汽车、航空、模具轧辊等工业应用，具有显著的经济效益和发展潜力。

激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类，即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆，其中以预置式激光熔覆最为常用。预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束辐照扫描熔化，熔覆材料以粉、丝或板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用。预置式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---预置熔覆材料---预热---激光熔化---后热处理。

在粉末熔覆材料预置过程中，粉末往往通过机械或人工的方式撒敷在工件的表面，而这种铺粉方式存在一些不足，由于激光释放过程中，光束引起的冲力会造成金属粉末的飞溅，飞溅的金属粉末不仅给操作人员的身体带来损伤，亦使得原本均匀铺置的金属粉末不再均匀，出现熔覆不充分，甚至无法熔覆成功的现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光熔覆粉末预置方法，以解决熔覆粉末飞溅的问题，以便于获得均匀的激光熔覆层。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种激光熔覆粉末预置方法，在熔覆基材上均匀铺置的熔覆材料表面喷洒化学胶水。

进一步地，喷洒化学胶水后，需晾至干燥。

进一步地，所述化学胶水为高温易挥发的化学胶水。

进一步地，所述化学胶水为丙烯酸酯橡胶类。

进一步地，所述化学胶水的的喷洒量为熔覆材料的2-8wt％。

进一步地，所述熔覆基材的表面经过预处理过程，清理表面的灰尘、油污或锈蚀。

进一步地，上述的激光熔覆粉末预置方法，包括以下步骤：

(1)对待熔覆的熔覆基材表面进行预处理，清理表面的灰尘、油污或锈蚀，预处理后干燥；

(2)在基材表面均匀的铺置熔覆粉末；

(3)在预置的熔覆粉末表面喷洒化学胶水，固定预置的熔覆粉末；

(4)将化学胶水晾至干燥，即完成激光熔覆粉末预置。

本发明公开了以下技术效果：

本发明通过喷洒一层化学胶水的方法固定金属粉末，使其在激光熔覆过程中能够保持厚度均匀。由于化学胶水在高温条件下会挥发，这样就不影响熔覆层的成分，且能达到良好的熔覆效果，熔覆后的表面平整光滑。

对激光熔覆后的熔覆层进行性能检测，本发明制得的熔覆层硬度在70-77HRC之间，且形成的熔覆层表面无夹杂物等冶金缺陷，大大减少了疲劳磨损的发生，而且在磨损和腐蚀试验中也表明，喷洒化学胶水的熔覆层性能要优于未喷洒化学胶水的熔覆层。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明激光熔覆粉末预置示意图；

其中，1-化学胶水，2-熔覆粉末，3-熔覆基材。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

以下实施例中所用的待熔覆基材的表面预处理方式为：首先，利用砂纸或纱布打磨待熔覆基材表面，以除去基材表面的氧化皮或锈斑；然后，使用酒精清洗待熔覆基材表面，以除去表面的灰尘和油脂等。经过以上两步预处理后，即可获得清洁、干净的基材表面。

以下实施例中所用的化学胶水为丙烯酸酯橡胶类胶水，其在激光熔覆的高温条件下会挥发，不影响熔覆层的成分，且能达到良好的熔覆效果。

以下实施例中所用的熔覆基材为铸铁，铸铁平均硬度25-35HRC。

实施例中激光熔覆粉末预置示意图如图1所示，其中，1为化学胶水，2为熔覆粉末，3为熔覆基材。

实施例1

首先，对待熔覆基材表面进行预处理，清理表面的灰尘、油污或锈蚀，干燥，获得清洁且干燥的基材表面；

然后，将待熔覆基材固定于试样架上，在基材表面均匀的铺置熔覆粉末(粉末成分：Fe 70wt％，Mo 2wt％，B 5wt％，Cr 4wt％，W 8wt％，Ni 3wt％，Si 5wt％，Mn 3wt％)；

然后，将化学胶水均匀喷洒至熔覆粉末表面，喷洒量为熔覆粉末的4wt％；

最后，使用半导体耦合激光器进行激光熔覆操作，熔覆时采用氩气保护气氛；本实施例进行激光熔覆时采用的工艺参数为，激光功率1500W，光斑直径5mm，熔覆速度350mm/min。

实施例2

首先，对待熔覆基材表面进行预处理，清理表面的灰尘、油污或锈蚀，干燥，获得清洁且干燥的基材表面；

然后，将待熔覆基材固定于试样架上，在基材表面均匀的铺置熔覆粉末(粉末成分：Co 38.5wt％，Ni 32wt％，Cr 21wt％，Al 8wt％，Y0.5wt％)；

然后，将化学胶水均匀喷洒至熔覆粉末表面，喷洒量为熔覆粉末的4wt％；

最后，使用半导体耦合激光器进行激光熔覆操作，熔覆时采用氩气保护气氛；本实施例进行激光熔覆时采用的工艺参数为，激光功率1500W，光斑直径5mm，熔覆速度300mm/min。

实施例3

首先，对待熔覆基材表面进行预处理，清理表面的灰尘、油污或锈蚀，干燥，获得清洁且干燥的基材表面；

然后，将待熔覆基材固定于试样架上，在基材表面均匀的铺置熔覆粉末(粉末成分：Fe 70wt％，Mo 2wt％，B 5wt％，Cr 4wt％，W 8wt％，Ni 3wt％，Si 5wt％，Mn 3wt％)；

然后，将化学胶水均匀喷洒至熔覆粉末表面，喷洒量为熔覆粉末的8wt％；

最后，使用半导体耦合激光器进行激光熔覆操作，熔覆时采用氩气保护气氛；本实施例进行激光熔覆时采用的工艺参数为，激光功率1500W，光斑直径5mm，熔覆速度350mm/min。

实施例4

首先，对待熔覆基材表面进行预处理，清理表面的灰尘、油污或锈蚀，干燥，获得清洁且干燥的基材表面；

然后，将待熔覆基材固定于试样架上，在基材表面均匀的铺置熔覆粉末(粉末成分：Fe 70wt％，Mo 2wt％，B 5wt％，Cr 4wt％，W 8wt％，Ni 3wt％，Si 5wt％，Mn 3wt％)；

然后，将化学胶水均匀喷洒至熔覆粉末表面，喷洒量为熔覆粉末的6wt％；

最后，使用半导体耦合激光器进行激光熔覆操作，熔覆时采用氩气保护气氛；本实施例进行激光熔覆时采用的工艺参数为，激光功率1500W，光斑直径5mm，熔覆速度350mm/min。

实施例5

首先，对待熔覆基材表面进行预处理，清理表面的灰尘、油污或锈蚀，干燥，获得清洁且干燥的基材表面；

然后，将待熔覆基材固定于试样架上，在基材表面均匀的铺置熔覆粉末(粉末成分：Fe 70wt％，Mo 2wt％，B 5wt％，Cr 4wt％，W 8wt％，Ni 3wt％，Si 5wt％，Mn 3wt％)；

然后，将化学胶水均匀喷洒至熔覆粉末表面，喷洒量为熔覆粉末的2wt％；

最后，使用半导体耦合激光器进行激光熔覆操作，熔覆时采用氩气保护气氛；本实施例进行激光熔覆时采用的工艺参数为，激光功率1500W，光斑直径5mm，熔覆速度350mm/min。

对比例1

首先，对待熔覆基材表面进行预处理，清理表面的灰尘、油污或锈蚀，干燥，获得清洁且干燥的基材表面；

然后，将待熔覆基材固定于试样架上，在基材表面均匀的铺置熔覆粉末(粉末成分：Fe 70wt％，Mo 2wt％，B 5wt％，Cr 4wt％，W 8wt％，Ni 3wt％，Si 5wt％，Mn 3wt％)；

最后，使用半导体耦合激光器进行激光熔覆操作，熔覆时采用氩气保护气氛；本实施例进行激光熔覆时采用的工艺参数为，激光功率1500W，光斑直径5mm，熔覆速度350mm/min。

对激光熔覆后的熔覆层进行性能检测，实施例1-5制得的熔覆层硬度在70-77HRC之间，且形成的熔覆层表面无夹杂物等冶金缺陷，大大减少了疲劳磨损的发生；并在相同载荷5kg、转速300r/min、磨损时间1.5h和实验面积10×10×25mm条件下，进行磨损试验时，结果如表1所示。

表1

通过对数据的分析及研究，发现本发明形成的熔覆层磨损机制以轻微的磨粒磨损为主，熔覆层的磨损失重要远小于铸铁的磨损失重，说明喷洒化学胶水的熔覆层的减磨性和耐磨性均优于未喷洒胶水的对比文件1。

本发明还对熔覆层和未熔覆基材进行了腐蚀试验，在海水环境下进行，腐蚀试验持续35d，35d后观察熔覆层和未熔覆基材的表面形貌，发现未熔覆基材表面腐蚀情况相对严重，表面呈片状腐蚀，腐蚀坑较大，对比例1的熔覆层相对于未熔覆基材的表面形貌要好很多，但表面仍有片状腐蚀和较小的腐蚀坑，而实施例1-5的熔覆层表面基本不存在片状腐蚀，也不存在腐蚀坑。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种激光熔覆粉末预置方法，其特征在于，在熔覆基材上均匀铺置的熔覆材料表面喷洒化学胶水。

2.根据权利要求1所述的一种激光熔覆粉末预置方法，其特征在于，喷洒化学胶水后，需晾至干燥。

3.根据权利要求2所述的一种激光熔覆粉末预置方法，其特征在于，所述化学胶水为高温易挥发的化学胶水。

4.根据权利要求3所述的一种激光熔覆粉末预置方法，其特征在于，所述化学胶水为丙烯酸酯橡胶类。

5.根据权利要求1所述的一种激光熔覆粉末预置方法，其特征在于，所述化学胶水的的喷洒量为熔覆材料的2-8wt％。

6.根据权利要求1所述的一种激光熔覆粉末预置方法，其特征在于，所述熔覆基材的表面经过预处理过程，清理表面的灰尘、油污或锈蚀。

7.根据权利要求1-6任一项所述的激光熔覆粉末预置方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对待熔覆的熔覆基材表面进行预处理，清理表面的灰尘、油污或锈蚀，预处理后干燥；

(2)在基材表面均匀的铺置熔覆粉末；

(3)在预置的熔覆粉末表面喷洒化学胶水，固定预置的熔覆粉末；

(4)将化学胶水晾至干燥，即完成激光熔覆粉末预置。

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