CN112831782A - 一种耐磨减摩的激光熔覆涂层制备工艺 - Google Patents

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王砚军
刘雷
孟德章
高鹏远
郭兴举
宋强
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Abstract

本发明公开了一种耐磨减少摩擦系数的激光熔覆涂层制备工艺，使用LAM‑400S送粉式金属打印机制备涂层。采用同轴送粉的方式将混合粉末送入激光熔池，在基体表面形成致密均匀无缺陷的耐磨减摩的激光熔覆涂层。激光熔覆工艺具有通过快速加热冷却获得极细的显微组织，产生较小的基材热影响区和涂层稀释率，从而获得其他工艺方法难以得到的表面性能。

Description

一种耐磨减摩的激光熔覆涂层制备工艺
技术领域
本发明涉及激光熔覆领域，具体是一种增加耐磨度、降低摩擦系数、具有自润滑功能的激光熔覆涂层制备工艺。
背景技术
在日益成熟的现代机械化生产中，摩擦学性能的高低甚至是决定某项新型技术能否成功的关键。随着科学技术的发展，要求摩擦副能在极端工况条件（如高承载、高速度、高真空、高低温、强辐射等）下工作。特殊工况下发生的摩擦状况各有其特点，因而对润滑剂提出了苛刻的要求，而润滑油、润滑脂几乎无法满足这些要求。
固体润滑是用固体微粉、薄膜或者复合材料代替润滑油脂，隔离相对运动的摩擦面以达到减摩、耐磨的目的；金属基自润滑复合材料是以具有高强度的耐热合金作为基体，以固体润滑剂作为分散相，通过一定工艺制备而成的具有一定强度的复合材料。其中金属基体起支撑负荷和粘结剂的作用，固体润滑剂起减摩作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐磨减摩的激光熔覆涂层制备工艺，使用激光熔覆方法在基体上进行耐磨减摩激光熔覆涂层。获得与基体结合力好，性能优异的涂层。所获得涂层晶粒细小，显微组织细密，这种结构具有更优良的耐磨性能。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种耐磨减摩激光熔覆涂层制备工艺，包括以下几个步骤。
（1）使用耐磨性能好，有减小摩擦力作用的合金粉末，合金粉末的主体是锡基巴氏合金，另外按照质量百分数加入一定量的Ag,Al2O3粉末，粉末各种元素的质量百分数为：
Sn70%-75%,Sb10%- 15%,Cu1%-3%，Ag1%-5%，Al2O31%-5%。；总的质量百分数为100%。
（2）对基体进行预处理；先用砂纸打磨，祛除表面的污垢和氧化层，然后用无水乙醇清洗，吹干待用。
（3）使用激光熔覆机器，采用同轴送粉或是预置式送粉的方式，把粉末（1）送入熔池，在基体表面形成致密均匀的耐磨减摩的激光熔覆涂层，工艺参数如下所示：熔覆功率700-2000W；光斑直径D=1-3mm；扫描速度V=100-1000mm/min；搭接率40%——75%。
（4）对步骤（3）中熔覆完成的涂层进行裂纹探伤检测，判断有无缺陷裂纹的产生。
（5）在激光熔覆涂层上按照基体所需要的要求进行加工。
进一步的，步骤（1）中锡基巴氏合金具有自润滑的特性。
进一步的，步骤（1）中使用行星式球磨机对粉末进行研磨，粉末的颗粒度为45μm—105μm，并对合金粉末进行气雾化处理。
进一步的，步骤（2）中所使用的基体为GCr15钢，基体尺寸为20mm×50mm×10mm。
进一步的，步骤（3）中激光熔覆工艺中的氩气保护气流量为1-15L/min。
本发明采用激光熔覆工艺，由于熔覆完成之后，快速冷却，可以减少成分偏析，有助于得到组织致密均匀的涂层；熔覆过程中，热影响区小，Cu元素具有减小摩擦的作用效果；耐磨性能优异，具有自润滑性能的锡基巴氏合金粉末；在减小摩擦系数的同时，由于加入了硬质颗粒Al2O3，使熔覆层的耐磨性有所提高。
与现有技术相比，本发明的优异效果是：
本发明强化了基体表面的耐磨性和优化了摩擦学性能，提高工件的使用寿命；降低加工成本，操作简单，成效明显，节约了成本，带来巨大的经济效益。
附图说明
图1 本发明的一个较佳实施例中合金粉体的形貌图。
图2 本发明的一个较佳实施例中激光熔覆涂层与基体显微硬度对比图。
图3 本发明的一个较佳实施例中激光熔覆涂层与基体摩擦系数对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实例一
一种减摩耐磨涂层激光熔覆制备工艺，包括以下工艺步骤：
（1）使用耐磨性能优异，摩擦系数小且具有自润滑性的锡基混合合金粉末；所述锡基合金粉末按照重量百分比的组分为：Sn80%,Sb15%,Cu2.5%，Ag1%%，Al2O31.5%。；总的质量百分数为100%。
（2）室温条件下，用砂纸对基体进行打磨，祛除表面的污垢和氧化层，并用无水乙醇进行清洗，烘干备用；同时用着色探伤法对加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
（3）使用激光熔覆机器，采用同轴送粉或是预置式送粉的方式，把粉末（1）送入熔池，在基体表面形成致密均匀的耐磨减摩的激光熔覆涂层，工艺参数如下所示：熔覆功率700W；光斑直径D=1mm；扫描速度V=200mm/min ；搭接率50%。
（4）对步骤（3）中熔覆完成的涂层进行裂纹探伤检测，判断有无缺陷裂纹的产生。
（5）对激光熔覆涂层进行显微硬度测试、摩擦磨损测试，并于基体材料进行对比。
实例二
（1）使用耐磨性能优异，摩擦系数小且具有自润滑性的锡基混合合金粉末；所述锡基合金粉末按照重量百分比的组分为：Sn80%,Sb15%,Cu2.5%，Ag1%%，Al2O31.5%。；总的质量百分数为100%。
（2）室温条件下，用砂纸对基体进行打磨，祛除表面的污垢和氧化层，并用无水乙醇进行清洗，烘干备用；同时用着色探伤法对加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
（3）使用激光熔覆机器，采用同轴送粉或是预置式送粉的方式，把粉末（1）送入熔池，在基体表面形成致密均匀的耐磨减摩的激光熔覆涂层，工艺参数如下所示：熔覆功率800W；光斑直径D=1.5mm；扫描速度V=300mm/min ；搭接率60%。
（4）对步骤（3）中熔覆完成的涂层进行裂纹探伤检测，判断有无缺陷裂纹的产生。
（5）对激光熔覆涂层进行显微硬度测试、摩擦磨损测试，并于基体材料进行对比。
实例三
（1）使用耐磨性能优异，摩擦系数小且具有自润滑性的锡基混合合金粉末；所述锡基合金粉末按照重量百分比的组分为：Sn80%,Sb15%,Cu2.5%，Ag1%%，Al2O31.5%。；总的质量百分数为100%。
（2）室温条件下，用砂纸对基体进行打磨，祛除表面的污垢和氧化层，并用无水乙醇进行清洗，烘干备用；同时用着色探伤法对加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
（3）使用激光熔覆机器，采用同轴送粉或是预置式送粉的方式，把粉末（1）送入熔池，在基体表面形成致密均匀的耐磨减摩的激光熔覆涂层，工艺参数如下所示：
熔覆功率900W；光斑直径D=2mm；扫描速度V=400mm/min ；搭接率70%。
（4）对步骤（3）中熔覆完成的涂层进行裂纹探伤检测，判断有无缺陷裂纹的产生。
（5）在对激光熔覆涂层进行显微硬度测试、摩擦磨损测试，并于基体材料进行对比。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽说本说明按照实施方式加以描述，但并非每个实施例方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种耐磨减摩的激光熔覆涂层制备工艺，其特征在于，包括以下工艺步骤：
（1）使用耐磨性能好，有减小摩擦力作用的合金粉末，合金粉末的主体是锡基巴氏合金，另外按照质量百分数加入一定量的Ag,Al2O3粉末，粉末各种元素的质量百分数为：
Sn70%-75%,Sb10%- 15%,Cu1%-3%，Ag1%-5%，Al2O31%-5%，总的质量百分数为100%；
（2）对基体进行预处理；先用砂纸打磨，祛除表面的污垢和氧化层，然后用无水乙醇清洗，吹干待用；
（3）使用激光熔覆机器，采用同轴送粉或是预置式送粉的方式，把粉末（1）送入熔池，在基体表面形成致密均匀的耐磨减摩的激光熔覆涂层，工艺参数如下所示：熔覆功率700-2000W；光斑直径D=1-3mm；扫描速度V=100-1000mm/min；搭接率40%——75%；
（4）对步骤（3）中熔覆完成的涂层进行裂纹探伤检测，判断有无缺陷裂纹的产生；
（5）在激光熔覆涂层上按照基体所需要的要求进行加工。
2.根据权利要求1所述的耐磨减摩的激光熔覆涂层制备工艺，其特征在于步骤（1）中锡基巴氏合金具有自润滑的特性。
3.根据权利要求1所述的耐磨减摩的激光熔覆涂层制备工艺，其特征在于步骤（1）步骤中使用行星式球磨机对粉末进行研磨，粉末的颗粒度为45μm—105μm，并对合金粉末进行气雾化处理。
4.根据权利要求1所述的耐磨减摩的激光熔覆涂层制备工艺，其特征在于步骤（2）中使用的基体为GCr15钢，基体尺寸为20mm×50mm×10mm。
5.根据权利要求1所述的耐磨减摩的激光熔覆涂层制备工艺，其特征在于步骤（3）中工艺参数如下：熔覆功率700W；光斑直径D=1mm；扫描速度V=200mm/min ；搭接率50%。
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