CN112195465A - 一种阶梯粒度合金粉末制备耐高温高硬激光熔覆层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种阶梯粒度合金粉末制备耐高温高硬激光熔覆层的方法，属于表面工程技术领域，采用两组合金粉末，第一组合金粉末粒度为325~525目，第二组合金粉末粒度为135~325目；具体方法为采用两套重力送粉系统预置合金粉末，第一套重力送粉系统输送第一组合金粉末，第二套重力送粉系统输送第二组合金粉末，通过光纤激光器扫描预置的合金粉末，进行激光熔覆，得到熔覆层，熔覆层厚度1.0~1.3mm；本申请方法扩大了激光熔覆用合金粉末可用范围，减少了重新回炉熔炼的合金粉末数量，降低了贵重金属资源损耗和能源消耗，具有突出的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及表面工程技术领域，特别涉及一种阶梯粒度合金粉末制备耐高温高硬激光熔覆层的方法。
背景技术
激光熔覆技术就是在金属基材表面熔覆具有特殊性能的合金粉末，制得具耐高温、高硬度、耐磨损、耐腐蚀熔覆合金层，从而使得普通基材表面获得具有特殊的物理、化学和力学等性能。其中，决定熔覆层性能的关键是合金粉末性能，激光熔覆用合金粉末一般采用气雾化或水雾化等工艺制备，以保证合金粉末在激光熔覆过程中具有良好的流动性。而且，激光熔覆对所用的合金粉末粒度也有一定的要求，一般采用135~325目，这主要是考虑：如果粒度过大，粉末颗粒间隙大，熔覆过程中容易导致熔覆层中气孔的出现；如果粒度过小，粉末容易团聚，熔覆层易出现成分偏析，而且在保护气体作用下，粉末容易吹跑。采用气雾化、水雾化工艺制备的合金粉末，经过筛分，选取合适粒度的合金粉末作为熔覆用合金粉末，而将粒度偏大和偏小的合金粉末重新熔炼后再制粉，重复上述过程进行筛分，而粒度偏大偏小的合金粉末重新熔炼过程必然带来环境污染和贵重金属资源的损耗。
发明内容
基于此，本发明提供一种阶梯粒度合金粉末制备耐高温高硬激光熔覆层的方法，其特征在于，按重量百分比计，所述合金粉末的质量百分比组成为：
Mo：4.25%~4.75%，Ni：17%~19%，Co：8.50%~9.22%，C：0.01%~0.03%，Ti：0.58%~0.65%，余量为Fe。所用合金粉末各组分为纯度大于99.9%的粉末，按粒度范围分为两个组，第一组合金粉末粒度为325~525目，第二组合金粉末粒度为135~325目。
一种阶梯粒度合金粉末制备耐高温高硬激光熔覆层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）采用工业酒精清洗基材表面，去除油污等杂质；
（2）将基材装卡于激光数控加工机床上，基材表面涂抹墨汁，晾干；
（3）采用重力送粉方式预置合金粉末，配制两套重力送粉系统，两套重力送粉管分前后布置，间距5mm；
（4）第一套重力送粉系统输送第一组合金粉末，合金粉末预置厚度0.2~0.3mm，第二套重力送粉系统输送第二组合金粉末。随着激光头的移动，第二套重力送粉系统输送的第二组合金粉末覆盖在已经预置的第一组合金粉末上，第二组合金粉末预置厚度为1.0~1.2mm，在基材表面预置的第二组加第一组合金粉末厚度总计为1.2~1.5mm；
（5）通过光纤激光器扫描预置的合金粉末，进行激光熔覆，得到熔覆层，熔覆层厚度1.0~1.3mm；
（6）对熔覆层进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷。
优选的，所述的一种阶梯粒度合金粉末制备耐高温高硬激光熔覆层的方法，其特征在于，所述激光熔覆的工艺参数如下：激光功率为：3.0~3.3KW，圆形光斑直径为：5mm，搭接率为：30~50%，扫描速度为：850~1000 mm/min。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的有益效果：
采用本发明提供的方法，扩大了激光熔覆用合金粉末粒度的可用范围，由原来的135~325目，扩展为135~525目，并通过重力预置送粉方法，先预置325~525目粒度合金粉末，然后在其上再预置135~325目的合金粉末，在激光熔覆过程中，由于粒度小的粉末在底下，粒度合适的粉末在其上面，激光扫描后熔池发生冶金反应，在熔池表面张力作用下，粒度小的粉末将上翻，与粒度合适的粉末均匀搅拌，在瞬间完成了冶金过程，实现了组织的均匀分布，并且结晶后晶粒粒度一致性好，不影响熔覆层的性能。在激光熔覆的生产实践中，由于颗粒较小的粉末，如325~525目，熔覆中容易在外力作用下被吹跑，本申请通过两根送粉管前后放置，两根送粉管间距5mm，通过重力送粉，细粉末在自身重力作用下，以较低的初速度先到工件表面，由于两个送粉管间距仅为5mm，随着熔覆过程，工件的旋转及激光头的移动，由于激光熔覆粉末较好的球度，其具有良好的流动性，使得粗粉末及时送到细粉末表面，压住和盖住了细粉末，细粉末到基材表面与粗粉末到达细粉末表面的时间间隔小于等于1秒，激光头气帘压缩空气来不及吹跑细粉末，已经被粗粉末覆盖保护了。通过本发明方法，扩大了激光熔覆用合金粉末可用范围，减少了重新回炉熔炼的合金粉末数量，降低了贵重金属资源损耗和能源消耗，具有突出的经济效益和社会效益。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是。/-旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1：
本实施例采用气雾化方法制备合金粉末，按重量百分比计，所述合金粉末的质量百分比组成为：Mo：4.25%，Ni：17%，Co：8.50%，C：0.01%，Ti：0.58%，余量为Fe。所用合金粉末各组分为纯度大于99.9%的粉末，按粒度范围分为两个组，第一组合金粉末粒度为325~525目，第二组合金粉末粒度为135~325目。
具体步骤如下：
（1）采用工业酒精清洗基材表面，去除油污等杂质；
（2）将基材装卡于激光数控加工机床上，基材表面涂抹墨汁，晾干；
（3）采用重力送粉方式预置合金粉末，配制两套重力送粉系统，两套重力送粉管分前后布置，间距5mm；
（4）第一套重力送粉系统输送第一组合金粉末，合金粉末预置厚度0.2mm，第二套重力送粉系统输送第二组合金粉末。随着激光头的移动，第二套重力送粉系统输送的第二组合金粉末覆盖在已经预置的第一组合金粉末上，第二组合金粉末预置厚度为1.0mm，在基材表面预置的第二组加第一组合金粉末厚度总计为1.2mm；
（5）通过光纤激光器扫描预置的合金粉末，进行激光熔覆，所述激光熔覆的工艺参数如下：激光功率为：3.0KW，圆形光斑直径为：5mm，搭接率为：30%，扫描速度为：850 mm/min，得到熔覆层，熔覆层厚度1.0mm；
（6）对熔覆层进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷。
实施例2：
本实施例采用水雾化方法制备合金粉末，按重量百分比计，所述合金粉末的质量百分比组成为：Mo：4.75%，Ni：19%，Co：9.22%，C：0.03%，Ti：0.65%，余量为Fe。所用合金粉末各组分为纯度大于99.9%的粉末，按粒度范围分为两个组，第一组合金粉末粒度为325~525目，第二组合金粉末粒度为135~325目。
具体步骤如下：
（1）采用工业酒精清洗基材表面，去除油污等杂质；
（2）将基材装卡于激光数控加工机床上，基材表面涂抹墨汁，晾干；
（3）采用重力送粉方式预置合金粉末，配制两套重力送粉系统，两套重力送粉管分前后布置，间距5mm；
（4）第一套重力送粉系统输送第一组合金粉末，合金粉末预置厚度0.3mm，第二套重力送粉系统输送第二组合金粉末。随着激光头的移动，第二套重力送粉系统输送的第二组合金粉末覆盖在已经预置的第一组合金粉末上，第二组合金粉末预置厚度为1.2mm，在基材表面预置的第二组加第一组合金粉末厚度总计为1.5mm；
（5）通过光纤激光器扫描预置的合金粉末，进行激光熔覆，所述激光熔覆的工艺参数如下：激光功率为：3.3KW，圆形光斑直径为：5mm，搭接率为：50%，扫描速度为：1000 mm/min，得到熔覆层，熔覆层厚度1.3mm；
（6）对熔覆层进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷。
实施例3：
本实施例采用气雾化方法制备合金粉末，按重量百分比计，所述合金粉末的质量百分比组成为：Mo：4.55%，Ni：18%，Co：8.50%~9.22%，C：0.01%，Ti：0.58%，余量为Fe。所用合金粉末各组分为纯度大于99.9%的粉末，按粒度范围分为两个组，第一组合金粉末粒度为325~525目，第二组合金粉末粒度为135~325目。
具体步骤如下：
（1）采用工业酒精清洗基材表面，去除油污等杂质；
（2）将基材装卡于激光数控加工机床上，基材表面涂抹墨汁，晾干；
（3）采用重力送粉方式预置合金粉末，配制两套重力送粉系统，两套重力送粉管分前后布置，间距5mm；
（4）第一套重力送粉系统输送第一组合金粉末，合金粉末预置厚度0.3mm，第二套重力送粉系统输送第二组合金粉末。随着激光头的移动，第二套重力送粉系统输送的第二组合金粉末覆盖在已经预置的第一组合金粉末上，第二组合金粉末预置厚度为1.0mm，在基材表面预置的第二组加第一组合金粉末厚度总计为1.3mm；
（5）通过光纤激光器扫描预置的合金粉末，进行激光熔覆，所述激光熔覆的工艺参数如下：激光功率为：3.0KW，圆形光斑直径为：5mm，搭接率为：30%，扫描速度为：850 mm/min，得到熔覆层，熔覆层厚度1.1mm；
（6）对熔覆层进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷。
实施例4：
本实施例采用气雾化方法制备合金粉末，按重量百分比计，所述合金粉末的质量百分比组成为：Mo： 4.75%，Ni：18%，Co：9.22%，C：0.01%，Ti：0.58%，余量为Fe。所用合金粉末各组分为纯度大于99.9%的粉末，按粒度范围分为两个组，第一组合金粉末粒度为325~525目，第二组合金粉末粒度为135~325目。
具体步骤如下：
（1）采用工业酒精清洗基材表面，去除油污等杂质；
（2）将基材装卡于激光数控加工机床上，基材表面涂抹墨汁，晾干；
（3）采用重力送粉方式预置合金粉末，配制两套重力送粉系统，两套重力送粉管分前后布置，间距5mm；
（4）第一套重力送粉系统输送第一组合金粉末，合金粉末预置厚度0.3mm，第二套重力送粉系统输送第二组合金粉末。随着激光头的移动，第二套重力送粉系统输送的第二组合金粉末覆盖在已经预置的第一组合金粉末上，第二组合金粉末预置厚度为1.2mm，在基材表面预置的第二组加第一组合金粉末厚度总计为1.5mm；
（5）通过光纤激光器扫描预置的合金粉末，进行激光熔覆，所述激光熔覆的工艺参数如下：激光功率为： 3.3KW，圆形光斑直径为：5mm，搭接率为： 50%，扫描速度为： 1000 mm/min，得到熔覆层，熔覆层厚度1.3mm；
（6）对熔覆层进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷。
实施例5：
本实施例采用气雾化方法制备合金粉末，按重量百分比计，所述合金粉末的质量百分比组成为：Mo：4.65%，Ni：18%，Co：8.72%，C：0.02%，Ti：0.58%，余量为Fe。所用合金粉末各组分为纯度大于99.9%的粉末，按粒度范围分为两个组，第一组合金粉末粒度为325~525目，第二组合金粉末粒度为135~325目。
具体步骤如下：
（1）采用工业酒精清洗基材表面，去除油污等杂质；
（2）将基材装卡于激光数控加工机床上，基材表面涂抹墨汁，晾干；
（3）采用重力送粉方式预置合金粉末，配制两套重力送粉系统，两套重力送粉管分前后布置，间距5mm；
（4）第一套重力送粉系统输送第一组合金粉末，合金粉末预置厚度0.2mm，第二套重力送粉系统输送第二组合金粉末。随着激光头的移动，第二套重力送粉系统输送的第二组合金粉末覆盖在已经预置的第一组合金粉末上，第二组合金粉末预置厚度为1. mm，在基材表面预置的第二组加第一组合金粉末厚度总计为1.2mm；
（5）通过光纤激光器扫描预置的合金粉末，进行激光熔覆，所述激光熔覆的工艺参数如下：激光功率为：3.2KW，圆形光斑直径为：5mm，搭接率为：30%，扫描速度为：850 mm/min，得到熔覆层，熔覆层厚度1.0mm；
（6）对熔覆层进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷。
实施例6：
本实施例采用水雾化方法制备合金粉末，按重量百分比计，所述合金粉末的质量百分比组成为：Mo：4.35%，Ni：19%，Co：9.12%，C：0.02%，Ti：0.60%，余量为Fe。所用合金粉末各组分为纯度大于99.9%的粉末，按粒度范围分为两个组，第一组合金粉末粒度为325~525目，第二组合金粉末粒度为135~325目。
具体步骤如下：
（1）采用工业酒精清洗基材表面，去除油污等杂质；
（2）将基材装卡于激光数控加工机床上，基材表面涂抹墨汁，晾干；
（3）采用重力送粉方式预置合金粉末，配制两套重力送粉系统，两套重力送粉管分前后布置，间距5mm；
（4）第一套重力送粉系统输送第一组合金粉末，合金粉末预置厚度0.3mm，第二套重力送粉系统输送第二组合金粉末。随着激光头的移动，第二套重力送粉系统输送的第二组合金粉末覆盖在已经预置的第一组合金粉末上，第二组合金粉末预置厚度为1.2mm，在基材表面预置的第二组加第一组合金粉末厚度总计为1.5mm；
（5）通过光纤激光器扫描预置的合金粉末，进行激光熔覆，所述激光熔覆的工艺参数如下：激光功率为：3.3KW，圆形光斑直径为：5mm，搭接率为：30%，扫描速度为： 1000 mm/min，得到熔覆层，熔覆层厚度1.3mm；
（6）对熔覆层进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (3)
1.一种阶梯粒度合金粉末制备耐高温高硬激光熔覆层的方法，其特征在于，
包括以下步骤：
（1）采用工业酒精清洗基材表面，去除油污等杂质；
（2）将基材装卡于激光数控加工机床上，基材表面涂抹墨汁，晾干；
（3）采用重力送粉方式预置合金粉末，配制两套重力送粉系统，两套重力送粉管分前后布置，间距5mm；
（4）第一套重力送粉系统输送第一组合金粉末，合金粉末粒度为325~525目，合金粉末预置厚度0.2~0.3mm，第二套重力送粉系统输送第二组合金粉末，第二组合金粉末粒度为135~325目；随着激光头的移动，第二套重力送粉系统输送的第二组合金粉末覆盖在已经预置的第一组合金粉末上，第二组合金粉末预置厚度为1.0~1.2mm，在基材表面预置的第二组加第一组合金粉末厚度总计为1.2~1.5mm；
（5）通过光纤激光器扫描预置的合金粉末，进行激光熔覆，得到熔覆层，熔覆层厚度1.0~1.3mm；
（6）对熔覆层进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷。
2.根据权利要求1所述的一种阶梯粒度合金粉末制备耐高温高硬激光熔覆层的方法，其特征在于：步骤（4）中所述合金粉末的质量百分比组成为：Mo：4.25%~4.75%，Ni：17%~19%，Co：8.50%~9.22%，C：0.01%~0.03%，Ti：0.58%~0.65%，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的一种阶梯粒度合金粉末制备耐高温高硬激光熔覆层的方法，其特征在于：所述激光熔覆的工艺参数如下：激光功率为：3.0~3.3KW，圆形光斑直径为：5mm，搭接率为：30~50%，扫描速度为：850~1000 mm/min。
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- 2020-10-14 CN CN202011093385.2A patent/CN112195465B/zh active Active
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Denomination of invention: A Method for Preparing High Temperature and High Hardness Laser Cladding Layer with Stepped Particle Size Alloy Powder Effective date of registration: 20231026 Granted publication date: 20211105 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited by Share Ltd. Wuxi Xishan branch Pledgor: WUXI FULL ALLOY TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023980062539 |