CN111349932A - 钢厂传输辊表面激光熔覆用高耐磨低摩擦系数合金涂层及其制备方法与系统 - Google Patents

钢厂传输辊表面激光熔覆用高耐磨低摩擦系数合金涂层及其制备方法与系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种钢厂传输辊表面激光熔覆用高耐磨低摩擦系数合金涂层及其制备方法与系统，包括送粉器、氮气供应装置、送粉管路、熔覆用氮气保护供应装置以及复合熔覆加工头；送粉器用于通过送粉管路向复合熔覆加工头送粉并设置第一环形加热器，预热输送的粉末；氮气供应装置，被设置用于向送粉器送入氮气保护气、以及通过熔覆用氮气保护供应装置向复合熔覆加工头送入氮气保护气，并设置第二环形加热器，预热输送的氮气保护气；所述复合熔覆加工头包括激光熔覆头以及设置在激光熔覆头下方的高频线圈，高频线圈工作时形成的高频热源对粉体材料进行快速加热。本发明可显著降低摩擦面摩擦系数，提高涂层耐磨性能，减小熔覆层裂纹倾向。

Description

钢厂传输辊表面激光熔覆用高耐磨低摩擦系数合金涂层及其 制备方法与系统
技术领域
本发明涉及合金涂层及其制备技术领域，具体而言涉及一种钢厂传输辊表面激光熔覆用高耐磨低摩擦系数合金涂层及其制备方法与系统。
背景技术
钢厂热轧传输辊是钢材生产过程中的一种传动部件，一条热轧产线由多个传输辊组成，传输辊常见的失效形式为钢材运行中带来的表面磨损，且处在前端轧机牌坊附近的辊子由于钢材表面喷淋冷却水，会导致辊面腐蚀和热疲劳裂纹的产生。
传输辊表面性能的好坏直接影响到连轧工序中钢材运行的稳定性，磨损严重的辊面钢材在运动中对传输辊的两端轴径和轴承也会带来很大的冲击，最终造成整个部件的失效。除了传统的电弧堆焊表面强化方式以外，在激光再制造应用领域，目前对传输辊表面修复一般采用高硬度的铁基不锈钢材料，或者采用高硬度的镍基自熔合金粉末，在熔覆过程中一般需要预热处理，二者都具备一定的耐磨性能和抗腐蚀性能，但是一定时间之后辊面依然出现较为严重的磨损沟痕，合金涂层仅靠自身的硬度已无法满足使用要求，这主要是由于传输辊所处的恶劣的工况环境所决定的。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的冶金行业板材、线材等传输辊存在严重磨损的问题，提供一种钢厂传输辊表面激光熔覆用高耐磨低摩擦系数合金涂层及其制备方法与系统，显著降低摩擦面摩擦系数，提高涂层耐磨性能、延长部件使用寿命，同时实现高温高湿工作环境下抵抗氧化性侵蚀的作用。
为实现上述目的，本发明的第一方面提出一种钢厂传输辊表面激光熔覆用高耐磨低摩擦系数合金涂层制备系统，包括送粉器、氮气供应装置、送粉管路、熔覆用氮气保护供应装置以及复合熔覆加工头；
所述送粉器用于通过送粉管路向复合熔覆加工头送粉；所述送粉管路包括连接在送粉器与复合熔覆加工头之间的柔性送粉管道以及至少部分地套设在柔性送粉管道上的第一环形加热器，用于预热输送的粉末；
所述氮气供应装置，被设置用于向送粉器送入氮气保护气、以及通过熔覆用氮气保护供应装置向复合熔覆加工头的加工面送入氮气保护气，所述熔覆用氮气保护供应装置包括连接到氮气保护喷嘴的气体管道以及沿着气体管道依次设置的氮气汽化器和第二环形加热器，用于预热输送的氮气保护气；
所述复合熔覆加工头包括激光熔覆头以及设置在激光熔覆头下方的高频线圈，其中激光熔覆头设置有与送粉管路连通的送粉管以将粉末送至传输辊表面，通过激光束进行熔覆成型；
所述激光熔覆头与高频线圈之间设置有一环形水冷铜挡板，环形水冷铜挡板下方固定有硅钢块，所述高频线圈绕制在环形硅钢块的外部，环形硅钢块形成有自上而下贯穿的中心孔，使高频线圈工作时形成的高频热源对沿着环形水冷铜挡板的中心和环形硅钢块中心孔通过的粉体材料进行快速加热。
进一步地，所述第一环形加热器包括套设在柔性送粉管道上的不锈钢管以及缠绕在不锈钢管外表面的电阻丝，在不锈钢管上还设置有温度检测装置，用于检测预热温度。
进一步地，所述第二环形加热器与第一环形加热器的结构一致相同。
进一步地，所述硅钢块设置有用于温度检测的热电偶。
根据本发明的第二方面还提出一种制备钢厂传输辊表面激光熔覆用高耐磨低摩擦系数合金涂层的工艺，包括以下步骤：
按摩尔质量百分比进行粉体材料配制，粉体材料成分配比为：C-0.2％，Cr-4.0％，B-1.6％，Si-3.2％，Mn-0.1％，Fe-1.4％，Zr-1.0％，WC-50％，MoS2-3.5％，Ni-bal；其中粉体材料为球形，粒径53-150μm；
配制的粉体材料和待加工的传输辊表面预处理；
通过送粉管路的一分二分粉器将预处理的粉体材料输送到复合熔覆加工头，其中通过第一环形加热器对通过的粉体材料进行预热；
在在传输辊表面，激光熔覆头与高频线圈组合使用，其中高频线圈与环形硅钢块一体形成的高频热源在熔覆过程中与激光熔覆头同向同步运动，并通过同轴送粉将向复合熔覆加工头输送预热后的粉体材料，通过激光熔覆头的双路送粉管送至传输辊表面，其中通过高频热源对经过硅钢块的粉体材料快速加热；
在激光熔覆过程中，在氮气保护气的环境下，通过激光熔覆头的圆形激光束光斑对传输辊表面的粉体材料进行熔覆成型，其中传输辊表面熔覆轨迹为螺旋线。
进一步地，所述氮气保护气经过预热处理。
进一步地，所述工艺还包括以下步骤：
检测第一环形加热器和硅钢块的温度，形成闭环温度控制，其中第一环形加热器的温度控制在100-150℃，硅钢块的温度控制在250-400℃。
进一步地，所述硅钢块的底部与传输辊表面留有预定距离的空隙，并通过硅钢块的热辐射加热传输辊表面
进一步地，所述粉体材料配制过程包括：在镍基自熔粉末中添加50％耐磨陶瓷材料WC粉末，以及球形包覆型固体润滑相MoS2粉末，通过混合形成镍基包覆型MoS2粉末材料。
进一步地，激光熔覆过程中，在熔覆层中形成有WC耐磨相以及MoS2减磨相，其中MoS2减磨相中Mo-S结合成棱面结构。
本发明的第三方面还提出一种通过上述方法制备的合金涂层，其厚度在1-2mm。
通过本发明的上述方案可见，本发明的显著的有益效果在于：
1)采用镍基的混合分体，其中优化混入WC高耐磨材料，减少了单位时间的磨损量，MoS2为减磨润滑材料，Mo—S结合的棱面较多，层与层之间容易剥离，使得摩擦面的摩擦系数降低，进一步减少磨损量；
2)通过温度闭环控制系统使得硅钢块保持在工艺要求的设定温度，实现对粉体材料的加热，同时，高频线圈端部弧形结构靠近传输辊表面，对熔覆区基材表面进行同步预热，如此实现高频装置同时对粉体材料和熔覆区基材加热，粉末和基材在结合之前二者均达到一定温度，从而实现降低熔覆应力的目的，减小了熔覆层裂纹倾向；
3)送粉管路靠近熔覆头端接入一米长的不锈钢管，管外部缠绕电热丝，并嵌入热电偶做控温设置，在一米距离内对粉体材料和保护气预热；
4)在熔覆过程中粉末熔化后在基材表面的铺展性更好，同时，减小了激光输入功率，降低了基材稀释率和WC颗粒的分解率，保证了熔覆层性能。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1为本发明的传输辊合金耐磨激光熔覆涂层制备系统示意图。
图2为本发明传输辊合金耐磨激光熔覆涂层制备中激光与高频热源复合熔覆示意图。
图3a、3b为本发明传输辊合金耐磨激光熔覆涂层未添加MoS2润滑性和Zr元素及本发明配置的合金粉末熔覆层摩擦系数对比。
图4a、4b为本发明传输辊合金耐磨激光熔覆涂层中部和底部形貌。
图5为本发明传输辊合金耐磨激光熔覆涂层1号样和2号样磨损量示例性结果对比图。
图示中，各附图标记含义如下：
1—送粉器 10—熔覆头送粉管
2—送粉器用氮气存储器 11—水冷铜挡板
3—熔池保护用氮气存储器 12—氮气保护喷嘴
4-1、4-2—第一、第二不锈钢管 13—硅钢块
5-1、5-2—第一、第二电阻丝 14—高频线圈
6—氮气汽化器 15—支架
7—一分二分粉器 16—硅钢块底部距离工件表面高度，5mm
8—送粉管 17—工件旋转方向
9—激光熔覆头 18—合金粉末材料与激光束相互作用点
20—复合熔覆加工头
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
结合图示，根据本发明的较佳的实施例，提出一种通过优化粉末成分并结合优化温度控制钢厂传输辊表面激光熔覆用高耐磨低摩擦系数合金涂层制备体系，降低摩擦面摩擦系数，提高涂层耐磨性能、延长部件使用寿命，同时实现高温高湿工作环境下抵抗氧化性侵蚀的作用。
如图1、2示例的制备系统包括送粉器1、氮气供应装置、送粉管路、熔覆用氮气保护供应装置以及复合熔覆加工头。
送粉器1用于通过送粉管路向复合熔覆加工头送粉。
结合图1、2所示，复合熔覆加工头20，用于在传输辊表面进行激光熔覆，通过圆形激光光斑在传输辊表面熔覆粉体材料，以制备合金涂层。结合图2所示，标号1表示合金粉末材料与激光束相互作用点，传输辊在熔覆过程中保持旋转，如此在传输辊表面熔覆轨迹为螺旋线。
结合图1所示，送粉管路包括连接在送粉器1与复合熔覆加工头20之间的柔性送粉管道以及至少部分地套设在柔性送粉管道上的第一环形加热器，用于预热输送的粉末。优选地，第一环形加热器包括套设在柔性送粉管道上的第一不锈钢管4-1以及缠绕在第一不锈钢管4-1外表面的电阻丝5-1，其中在第一不锈钢管上还设置有温度检测装置，例如热电偶，用于检测预热温度。
如图1，氮气供应装置，被设置用于向送粉器1送入氮气保护气、以及通过熔覆用氮气保护供应装置向复合熔覆加工头20的加工面送入氮气保护气，实现氮气环境保护。其中熔覆用氮气保护供应装置包括连接氮气保护喷嘴的气体管道以及沿着气体管道依次设置的氮气汽化器6和第二环形加热器，用于预热输送的氮气保护气。气体管道的输入端与氮气供应装置的气源连通，例如可通过流量计或者电磁阀控制输出。
优选地，第二环形加热器与第一环形加热器的结构一致相同，包括套设在气体管道上的第二不锈钢管4-2以及缠绕在第二不锈钢管4-2外表面的电阻丝5-2，其中在第二不锈钢管上还设置有温度检测装置，例如热电偶，用于检测预热温度。
如此，在同轴送粉和对熔覆过程的作用位置通入的氮气保护气同步进行预热，实现温度控制，优化激光熔覆的效果，减小熔覆层裂纹倾向。
优选地，第一不锈钢管和第二不锈钢管的长度在0.5-1m，既满足加热需求，又不会过长造成安装障碍。
优选地，柔性送粉管道采用耐高温塑料管，例如耐温达到200摄氏度的柔性塑料管。
在可选的实施例中，检测第一环形加热器、第二环形加热器的温度以进行实时的温度反馈的过程中，形成闭环温度控制，其中第一、第二环形加热器的温度控制在100-150℃。
如图1、2，复合熔覆加工头20包括激光熔覆头9以及设置在激光熔覆头下方的高频线圈14，其中激光熔覆头设置有与送粉管路连通的送粉管10以将粉末送至传输辊表面，通过激光束进行熔覆成型。
如图1所示，送粉管路中还设置有一分二分粉器7，将粉末材料分成两路，分别送入激光熔覆头9的送粉管中。
如图1，复合熔覆加工头20设置有一支架15，提供对整个复合熔覆加工头的支撑，其中激光熔覆头9固定在其上部。激光熔覆头9与高频线圈14之间设置有一环形水冷铜挡板11，环形水冷铜挡板固定到支架15上。环形水冷铜挡板11下方固定有硅钢块13，高频线圈14绕制在环形硅钢块的外部，如此，使高频线圈工作时对硅钢块加热形成高频热源。尤其优选地，通过温度反馈和控制硅钢块的温度在250-400℃。
环形硅钢块优选地形成上宽下窄的锥形结构，并且在其中心形成自上而下贯穿的中心孔，如此，高频线圈工作时形成的高频热源可对沿着环形水冷铜挡板的中心和环形硅钢块中心孔通过的粉体材料进行快速加热。
在上述实施例中，由于粉体材料的配比优化，因而在实际操作过程中，如果单纯采用感应线圈进行加热，由于粉体材料中铁基含量极小，将不能实现有效和快速的加热，因此，在本发明的实施例中优选采用硅钢块进行快速的感应加热，并通过其热辐射的方式，对中心通过的全部粉体进行加热，如图2所示，进一步的实例中，还通过控制硅钢块底部与传输辊表面的距离，例如在5-10mm，进一步通过硅钢块对底部的传输辊表面进行热辐射，进行辅助加热处理，进一步实现温度控制，降低涂层裂纹倾向性及提高抵抗高温工作环境下的氧化性侵蚀。
同时，为防止高温的硅钢块对激光熔覆头的热辐射损伤，在高频线圈与激光熔覆头之间设置了环形水冷铜挡板11进行保护，并将其作为硅钢块的固定机构。
如图1、2所示，附图标记12所示的氮气保护喷嘴朝向加工面方向，其与熔覆用氮气保护供应装置的气体管道连通。
优选地，氮气供应装置包括两个气源，分别为送粉器用氮气存储器2和熔池保护用氮气存储器3，分别用于向送粉器1供应氮气和向熔覆用氮气保护供应装置供应氮气。
结合图1、2所示，制备钢厂传输辊表面激光熔覆用高耐磨低摩擦系数合金涂层的工艺，包括以下步骤：
按摩尔质量百分比进行粉体材料配制，粉体材料成分配比为：C-0.2％，Cr-4.0％，B-1.6％，Si-3.2％，Mn-0.1％，Fe-1.4％，Zr-1.0％，WC-50％，MoS2-3.5％，Ni-bal；其中粉体材料为球形，粒径53-150μm；
配制的粉体材料和待加工的传输辊表面预处理；
通过送粉管路的一分二分粉器将预处理的粉体材料输送到复合熔覆加工头，其中通过第一环形加热器对通过的粉体材料进行预热；
在在传输辊表面，激光熔覆头与高频线圈组合使用，其中高频线圈与环形硅钢块一体形成的高频热源在熔覆过程中与激光熔覆头同向同步运动，并通过同轴送粉将向复合熔覆加工头输送预热后的粉体材料，通过激光熔覆头的双路送粉管送至传输辊表面，其中通过高频热源对经过硅钢块的粉体材料快速加热；
在激光熔覆过程中，在氮气保护气的环境下，通过激光熔覆头的圆形激光束光斑对传输辊表面的粉体材料进行熔覆成型，其中传输辊表面熔覆轨迹为螺旋线，形成厚度在1-2mm的合金涂层。
结合上述实施例，其中传送至熔覆加工表面的氮气保护气经过预热处理，例如前述描述的，通过第二环形加热器的电阻丝进行加热，加热温度控制在100-150摄氏度。
进一步地，前述的制备工艺还包括对第一环形加热器、第二环形加热器以及高频热源的加热温度进行闭环控制，例如通过热电偶等温度检测模组进行温度监测，并控制第一、第二环形加热器加热温度在100-150℃，硅钢块的温度控制在250-400℃。
本发明的制备工艺中，采用优化的粉体材料，在配置的过程中，在镍基自熔粉末中添加50％耐磨陶瓷材料WC粉末，以及球形包覆型固体润滑相MoS2粉末，通过混合形成镍基包覆型MoS2粉末材料。
如前述的配置，优选的是还添加一定量的Zr元素，优化脱气、净化和细化晶粒作用。
作为可选的方式，对配置的粉体材料进行预处理的工艺包括：
将配置好的粉体材料电磁混合2h，在使用之前经100℃真空干燥1.5h。
钢铁冶金行业板材、线材在运动过程中对传输辊表面存在强烈磨损问题，导致部件尺寸缺失、产品质量下降，因此提高传输辊表面耐磨性对于延长其使用寿命十分重要。本发明采用按比例配制的高耐磨低摩擦系数粉体材料及激光束与高频热源复合方式制备合金涂层，可有效延长工件使用寿命。
结合下面的具体实施，优选地，在激光熔覆过程中，采用的工艺参数如下：
激光功率1.5kW，光斑尺寸3mm，扫描速度720mm/min，送粉量1.8r/min，搭接率50％，保护气选择氮气，氮气经过汽化器，流量为40ml/min，硅钢块底部距离工件表面5mm-8mm。
如此，通过粉体材料的优化配比以及熔覆过程的温度控制，在熔覆层中形成有WC耐磨相以及MoS2减磨相，其中MoS2减磨相中Mo-S结合成棱面结构，显著提高辊面耐磨性能、降低摩擦面之间的摩擦系数，延长部件使用寿命，同时降低涂层裂纹倾向性。
示例1
本例中激光熔覆粉末材料按前述的比例混合粉末，采用电磁混料机混合时间为2h。同时选用棒材传输辊作为激光熔覆的试验材料，材质45钢，试样尺寸为Ф280mm×600mm(外径×长度)。
激光熔覆采用ZKYC-LCD-4000型激光再制造装备：KUKA60-3型机器人、YC52同轴送粉加工头、Laserline半导体4000W激光器、MCWL-120DT2水冷机和RC-PGF-D-2双桶送粉器。
激光熔覆工艺参数为：激光功率1.5kW，光斑尺寸3mm，扫描速度720mm/min，送粉量1.8r/min，搭接率50％，保护气选择氮气，氮气经过汽化器，流量为40ml/min，硅钢块底部距离工件表面5mm，温度设定300℃；
激光熔覆制备的试样为单层多道搭接熔覆涂层，熔覆厚度1.0mm。线切割取样，所得样品为1号，摩擦系数测试如图3b所示。
其中，熔覆工艺采用图1、2所示的方式进行熔覆加工，其中w表示工件的旋转方向，v表示熔覆运动方向。
示例2
激光熔覆粉末材料在前述比例混合粉末的基础上，去掉固体润滑相MoS2粉末和Zr元素，二者的比例含量由镍元素代替。采用电磁混料机混合时间为2h。同样选用传输辊作为激光熔覆的基体材料，试样尺寸为Ф280mm×600mm(外径×长度)。
激光熔覆实验采用ZKYC-LCD-4000型激光再制造装备：KUKA60-3型机器人、YC52同轴送粉加工头、Laserline半导体4000W激光器、MCWL-120DT2水冷机和RC-PGF-D-2双桶送粉器。
激光熔覆主要工艺参数为：激光功率1.5kW，光斑尺寸3mm，扫描速度720mm/min，送粉量1.8r/min，搭接率50％，保护气选择氮气，氮气经过汽化器，流量为40ml/min，硅钢块底部距离工件表面5mm，温度设定300℃；
激光熔覆制备的试样为单层多道搭接熔覆涂层，熔覆厚度1.0mm。线切割取样，所得样品为2号，摩擦系数测试如图3a所示。
其中，熔覆工艺采用图1所示的方式进行熔覆加工，其中V表示工件的旋转方向。
以实例1和例2所制得的样品进行进一步分析，结合图示3a-3b的摩擦曲线示意图及图5试样磨损量，例1制备的涂层摩擦系数低，耐磨性比例2制备的涂层提高，涂层磨损量小；同时对二者的熔覆表面进行着色探伤未见明显裂纹缺陷，结合图4a-4b对制备的熔覆层截面进行观察，未见明显气孔缺陷。
本发明采用中高硬度镍基自熔合金与陶瓷耐磨材料及减磨材料混合，熔覆过程中不需要预热，镍基自熔合金的耐磨性比相同硬度的铁基材料的耐磨性提高8-10倍，而且在600℃温度范围内具有较好的红硬性。WC陶瓷材料是一种高抗磨材料，在涂层中作为耐磨增强相存在，极大提高了涂层整体的耐磨性能；MoS2的润滑膜的摩擦系数为0.05—0.09，MoS2的Mo-S结合棱面多，层与层之间容易剥离，具有良好的各向异性，能够在金属表面之间发挥润滑作用。
同时，在本发明的实施例所使用的MoS2在真空中温度达到840℃—1000℃开始分解，在氮气中达到1350℃—1550℃开始分解，且采用的MoS2材料为镍基包覆型粉末，在激光熔覆过程中包覆层较大程度上保护了MoS2的分解，保证了涂层中MoS2的含量，从而在实际意义上提高辊面耐磨性能、降低摩擦面之间的摩擦系数。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (11)

1.一种钢厂传输辊表面激光熔覆用高耐磨低摩擦系数合金涂层制备系统，其特征在于，包括送粉器、氮气供应装置、送粉管路、熔覆用氮气保护供应装置以及复合熔覆加工头；
所述送粉器用于通过送粉管路向复合熔覆加工头送粉；所述送粉管路包括连接在送粉器与复合熔覆加工头之间的柔性送粉管道以及至少部分地套设在柔性送粉管道上的第一环形加热器，用于预热输送的粉末；
所述氮气供应装置，被设置用于向送粉器送入氮气保护气、以及通过熔覆用氮气保护供应装置向复合熔覆加工头的加工面送入氮气保护气，所述熔覆用氮气保护供应装置包括连接到氮气保护喷嘴的气体管道以及沿着气体管道依次设置的氮气汽化器和第二环形加热器，用于预热输送的氮气保护气；
所述复合熔覆加工头包括激光熔覆头以及设置在激光熔覆头下方的高频线圈，其中激光熔覆头设置有与送粉管路连通的送粉管以将粉末送至传输辊表面，通过激光束进行熔覆成型；
所述激光熔覆头与高频线圈之间设置有一环形水冷铜挡板，环形水冷铜挡板下方固定有硅钢块，所述高频线圈绕制在环形硅钢块的外部，环形硅钢块形成有自上而下贯穿的中心孔，使高频线圈工作时形成的高频热源对沿着环形水冷铜挡板的中心和环形硅钢块中心孔通过的粉体材料进行快速加热。
2.根据权利要求1所述的钢厂传输辊表面激光熔覆用高耐磨低摩擦系数合金涂层制备系统，其特征在于，所述第一环形加热器包括套设在柔性送粉管道上的不锈钢管以及缠绕在不锈钢管外表面的电阻丝，在不锈钢管上还设置有温度检测装置，用于检测预热温度。
3.根据权利要求1或2所述的钢厂传输辊表面激光熔覆用高耐磨低摩擦系数合金涂层制备系统，其特征在于，所述第二环形加热器与第一环形加热器的结构一致相同。
4.根据权利要求1所述的钢厂传输辊表面激光熔覆用高耐磨低摩擦系数合金涂层制备系统，其特征在于，所述硅钢块设置有用于温度检测的热电偶。
5.根据权利要求1所述的制备系统制备钢厂传输辊表面激光熔覆用高耐磨低摩擦系数合金涂层的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
按摩尔质量百分比进行粉体材料配制，粉体材料成分配比为：C-0.2％，Cr-4.0％，B-1.6％，Si-3.2％，Mn-0.1％，Fe-1.4％，Zr-1.0％，WC-50％，MoS2-3.5％，Ni-bal；其中粉体材料为球形，粒径53-150μm；
配制的粉体材料和待加工的传输辊表面预处理；
通过送粉管路的一分二分粉器将预处理的粉体材料输送到复合熔覆加工头，其中通过第一环形加热器对通过的粉体材料进行预热；
在在传输辊表面，激光熔覆头与高频线圈组合使用，其中高频线圈与环形硅钢块一体形成的高频热源在熔覆过程中与激光熔覆头同向同步运动，并通过同轴送粉将向复合熔覆加工头输送预热后的粉体材料，通过激光熔覆头的双路送粉管送至传输辊表面，其中通过高频热源对经过硅钢块的粉体材料快速加热；
在激光熔覆过程中，在氮气保护气的环境下，通过激光熔覆头的圆形激光束光斑对传输辊表面的粉体材料进行熔覆成型，其中传输辊表面熔覆轨迹为螺旋线。
6.根据权利要求5所述的制备钢厂传输辊表面激光熔覆用高耐磨低摩擦系数合金涂层的工艺，其特征在于，所述氮气保护气经过预热处理。
7.根据权利要求5所述的制备钢厂传输辊表面激光熔覆用高耐磨低摩擦系数合金涂层的工艺，其特征在于，所述工艺还包括以下步骤：
检测第一环形加热器和硅钢块的温度，形成闭环温度控制，其中第一环形加热器的温度控制在100-150℃，硅钢块的温度控制在250-400℃。
8.根据权利要求5所述的制备钢厂传输辊表面激光熔覆用高耐磨低摩擦系数合金涂层的工艺，其特征在于，所述硅钢块的底部与传输辊表面留有预定距离的空隙，并通过硅钢块的热辐射加热传输辊表面。
9.根据权利要求5-8中任意一项所述的制备钢厂传输辊表面激光熔覆用高耐磨低摩擦系数合金涂层的工艺，其特征在于，所述粉体材料配制过程包括：在镍基自熔粉末中添加50％耐磨陶瓷材料WC粉末，以及球形包覆型固体润滑相MoS2粉末，通过混合形成镍基包覆型MoS2粉末材料。
10.根据权利要求9所述的制备钢厂传输辊表面激光熔覆用高耐磨低摩擦系数合金涂层的工艺，其特征在于，激光熔覆过程中，在熔覆层中形成有WC耐磨相以及MoS2减磨相，其中MoS2减磨相中Mo-S结合成棱面结构。
11.一种根据权利要求5-10中任意一项的工艺所制备得到的合金涂层，其中涂层厚度1-2mm。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112427645A (zh) * 2020-10-28 2021-03-02 宝武环科武汉金属资源有限责任公司 一种利用废硅钢生产激光熔覆粉末的方法
CN116397226A (zh) * 2023-03-31 2023-07-07 中国长江电力股份有限公司 一种在铜基材上蓝光激光熔覆加工制备银层的装置及工艺
CN118028802A (zh) * 2024-02-19 2024-05-14 暨南大学 真空振荡激光-感应复合熔覆可磨耗封严涂层的方法及装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101125394A (zh) * 2007-06-13 2008-02-20 华中科技大学 自动送粉激光感应复合熔覆方法及装置
CN102191495A (zh) * 2010-03-05 2011-09-21 南昌航空大学 激光感应复合熔注快速制备金属陶瓷涂层的方法
CN104215521A (zh) * 2014-09-11 2014-12-17 中国科学院金属研究所 在室温到超高温下热-力-环境耦合作用测试装置及应用
CN105154875A (zh) * 2015-09-14 2015-12-16 温州大学 一种激光-感应复合熔覆加工设备
EP2714963B1 (de) * 2011-05-27 2017-08-09 MTU Aero Engines GmbH Kaltgasspritzverfahren mit verbesserter haftung und verringerter schichtporosität

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101125394A (zh) * 2007-06-13 2008-02-20 华中科技大学 自动送粉激光感应复合熔覆方法及装置
CN102191495A (zh) * 2010-03-05 2011-09-21 南昌航空大学 激光感应复合熔注快速制备金属陶瓷涂层的方法
EP2714963B1 (de) * 2011-05-27 2017-08-09 MTU Aero Engines GmbH Kaltgasspritzverfahren mit verbesserter haftung und verringerter schichtporosität
CN104215521A (zh) * 2014-09-11 2014-12-17 中国科学院金属研究所 在室温到超高温下热-力-环境耦合作用测试装置及应用
CN105154875A (zh) * 2015-09-14 2015-12-16 温州大学 一种激光-感应复合熔覆加工设备

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112427645A (zh) * 2020-10-28 2021-03-02 宝武环科武汉金属资源有限责任公司 一种利用废硅钢生产激光熔覆粉末的方法
CN116397226A (zh) * 2023-03-31 2023-07-07 中国长江电力股份有限公司 一种在铜基材上蓝光激光熔覆加工制备银层的装置及工艺
CN118028802A (zh) * 2024-02-19 2024-05-14 暨南大学 真空振荡激光-感应复合熔覆可磨耗封严涂层的方法及装置

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