CN113186422B

CN113186422B - 一种激光熔覆内孔铜基合金粉末

Info

Publication number: CN113186422B
Application number: CN202110323621.3A
Authority: CN
Inventors: 澹台凡亮; 杨帆; 田洪芳; 郎坤; 刘虎; 史超; 王炳琪; 王嘉琦; 王伟; 侯庆玲; 李伟明
Original assignee: Dazu Remanufacturing Co of Shandong Energy Machinery Group
Current assignee: Dazu Remanufacturing Co of Shandong Energy Machinery Group
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2021-11-30
Anticipated expiration: 2041-03-26
Also published as: CN113186422A

Abstract

本发明公开一种激光熔覆内孔铜基合金粉末，由主组分和微量组分组成，所述主组分由铜和铝组成，所述微量组分由碳、铬、钼、硅和铁组成，其中，各组分在铜基合金粉末中的质量百分比分别为：碳0.005‑0.01％，铬0.05‑0.09％，钼0.01‑0.08％,硅0.03‑0.09％，铁0.20‑0.30％，铝6‑10％，余量为铜。本发明提供的激光熔覆内孔铜基合金粉末自润滑性好，硬度低，易加工，其应用于零件内孔的激光熔覆中，便于激光熔覆后内孔的镗削加工，提高了激光熔覆后内孔镗削加工的效率与品质。

Description

一种激光熔覆内孔铜基合金粉末

技术领域

本发明属于合金粉末技术领域，具体地说涉及一种激光熔覆内孔铜基合金粉末。

背景技术

激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。内孔激光熔覆技术是一种应用较为广泛的零件内表面增材制造、表面强化及修复的方法，在对零件的内孔进行激光熔覆后，还需要对零件内孔进行镗削加工和珩磨加工，经过镗削加工和珩磨加工后的零件方为零件成品，但是目前所使用的激光熔覆合金粉末的硬度较高，在激光熔覆内孔后进行镗削加工时，由于镗刀的硬度低且加工位置位于零件孔内，不易加工，容易导致镗刀容易损坏，并且由于激光熔覆合金粉末的硬度较高使得内孔的加工效率较低，且品质不高。在实际加工中，对工件外圆的加工可加工到硬度为HRC50-60,而对工件内孔的加工，在硬度为HRC30时就很难加工了。

针对上述问题，特提出本发明。

发明内容

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种激光熔覆内孔铜基合金粉末。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种激光熔覆内孔铜基合金粉末，由主组分和微量组分组成，所述主组分由铜和铝组成，所述微量组分由碳、铬、钼、硅和铁组成。

优选的，所述主组分在铜基合金粉末中的质量百分比为99.4-99.8％。

优选的，所述主组分中铜和铝的质量比为10.7-10.8：1。

优选的，所述微量组分中铁为主要的微量组分，铁在微量组分中的的质量百分比为54-55％。

优选的，各组分在铜基合金粉末中的质量百分比分别为：碳0.005-0.01％，铬0.05-0.09％，钼0.01-0.08％,硅0.03-0.09％，铁0.20-0.30％，铝6-10％，余量为铜。

优选的，各组分在铜基合金粉末中的质量百分比分别为：碳0.01％，铬0.09％，钼0.04％,硅0.06％，铁0.24％，铝8.5％，余量为铜。

优选的，所述激光熔覆内孔铜基合金粉末的粒度为300-500目。

优选的，所述激光熔覆内孔铜基合金粉末中的氧含量为0.0108ppm。

一种如上所述的激光熔覆内孔铜基合金粉末的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)称取配方成分，混合，得到混合物A，将混合物A放入熔炼坩埚，然后在氩气保护下加热至1500℃熔炼，保温20min，得到混合物A的熔液；

(2)将混合物A的熔液倾倒至保温坩埚，通过限制式超音速喷嘴及导流管进行气体雾化得到混合物B，所述气体雾化的气体介质为氩气，所述气体雾化的压力为5Mpa；

(3)将混合物B进行收集并干燥，进行混粉处理，保证混合物B颗粒的表面光洁度，筛分后即可制得粒度≤50μm的合金粉末。

有益效果：

1、本发明提供的激光熔覆内孔铜基合金粉末自润滑性好，硬度低，易加工，其应用于零件内孔的激光熔覆中，便于激光熔覆后内孔的镗削加工，提高了激光熔覆后内孔镗削加工的效率与品质。

2、本发明提供的激光熔覆内孔铜基合金粉末应用于零件内孔的激光熔覆中，减少了镗刀的损坏率，节约了加工成本。

3、本发明提供的激光熔覆内孔铜基合金粉末耐腐蚀性能好，符合内孔激光熔覆的需求，能够较好的应用于零件内孔的激光熔覆中。

附图说明

图1为酸性盐雾腐蚀试验的实验结果图。

图2为不同Fe、Al含量的铜基合金盐雾腐蚀实验的光学显微镜观察图。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例1

本具体实施例中提供的激光熔覆内孔铜基合金粉末由主组分和微量组分组成，所述主组分由铜和铝组成，所述微量组分由碳、铬、钼、硅和铁组成。其中，主组分在铜基合金粉末中的质量百分比为99.4-99.8％，主组分中铜和铝的质量比为10.7-10.8：1。

进一步的，微量组分中铁为主要的微量组分，铁在微量组分中的的质量百分比为54-55％。

具体的，各组分在铜基合金粉末中的质量百分比分别为：碳0.005-0.01％，铬0.05-0.09％，钼0.01-0.08％,硅0.03-0.09％，铁0.20-0.30％，铝6-10％，余量为铜。

实施例2

本具体实施例中提供了一种激光熔覆内孔铜基合金粉末，在该实施例中，所述的激光熔覆内孔铜基合金粉末的组分与实施例1中的组分相同，更为具体的，本具体实施例中激光熔覆内孔铜基合金粉末的各组分在铜基合金粉末中的质量百分比分别为：碳0.01％，铬0.09％，钼0.04％,硅0.06％，铁0.24％，铝8.5％，余量为铜。激光熔覆内孔铜基合金粉末的粒度为300-500目(0.025-0.048mm)，激光熔覆内孔铜基合金粉末中的氧含量为0.0108ppm，对合金粉末中的氧含量进行控制提高了合金粉末的质量。

在工件激光熔覆后，对于外圆的镗削加工，其在外圆硬度在HRC50-60时均可以较好的加工，但是对于内孔的镗削加工，其在内孔内表面硬度在HRC30时就很难加工。本发明提供的激光熔覆内孔铜基合金粉末中的各组分相互配合实现了激光熔覆铜基合金粉末的自润滑性好，硬度低，易加工的特点，其能够较好的应用于零件内孔的激光熔覆中，便于内孔激光熔覆后的镗削加工。本发明提供的激光熔覆内孔铜基合金粉末经过多方面验证获得，其各组分相互配合，多一种组分或少一种组分均会改变该铜基合金粉末的性能。激光熔覆内孔铜基合金粉末中各组分的作用及质量百分比设定原因如下：

铜：铜的自润滑性能好，硬度较低，其作为本合金粉末的主要组分，具有较高的韧性，较好的大气耐腐蚀性。

铝：其作为本合金粉末的另一主要组分，其含量小于铜的含量，铝为常用的脱氧剂，可细化晶粒，提高冲击韧性，具有抗氧化性、抗腐蚀性，并且铝与铬结合，可显著提高钢的高温不起皮性能和高温耐腐蚀性能。另一方面，铝在激光的作用下能够形成放热反应，促进熔池温度保持较高温度，使得熔池不会过快冷却，而且还有一定的防腐效果，通过实验表明，合金中添加8.5％的铝效果最好。

碳：一方面保证马氏体中有足够的含碳量，以保证马氏体的硬度；另一方面与钢中合金元素形成合金化合物，保证耐磨性；

铬：其一方面用于提高合金粉末的淬透性和回火稳定性；另一方面用来形成合金碳化物，以利于提高耐磨性，能显著提高硬度、强度、耐磨性、抗氧化性、耐腐蚀性；

钼：细化合金的晶粒，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力；

硅：在熔炼及热处理过程中与碳形成高硬度的碳化物，可提高钢的耐磨性，硅与铬、钼结合，有提高抗腐蚀性、抗氧化的作用；

铁：作为微量组分的主要组分，其用于细化合金的晶粒、减小“自发回火脆性”、提高力学性能的作用，另一方面，少量铁的加入，有助于促进晶粒组织的有序及微量晶界强化。

实施例3

本具体实施例中提供了一种实施例2中激光熔覆内孔铜基合金粉末的制备方法，具体包括如下步骤：

上述步骤中，混合物A在氩气保护条件下进行熔炼，气雾化的气体介质同样为氩气，这都操作可以降低合金粉末中的氧含量。

实施例4 96h酸性盐雾腐蚀试验

采用实施例2中提供的激光熔覆内孔铜基合金粉末对工件进行激光熔覆，工件进行激光熔覆后，按GB/T 2423.17所述的酸性盐雾腐蚀试验的方法对工件进行酸性盐雾腐蚀试验。其中，激光熔覆的方法为：将工件进行机加工，去除表面杂物，条表面平整度；将粉末放置在其中送粉器中；激光器为光纤激光器，功率设定为4000W；工件放置在通用旋转机床上，在机床控制面板上设置工件运动的线速度、步距；熔覆开始时，先启动机床，让工件按照程序设定开始旋转，同时开启启动送粉器，粉末经由气动送粉器到达加工头，并以汇聚方式到达工件表面，当粉末稳定后，开启激光束，将粉末融化并与基体形成冶金结合，按照程序运行，完成熔覆作业。

酸性盐雾腐蚀试验的实验结果如图1所示，图中A、B、C、D分别为24h,48h,72h,96h的酸性盐雾腐蚀试验的实验结果图，由图可以看出，本发明提供的激光熔覆内孔铜基合金粉末的耐酸性盐雾腐蚀性较好，能够满足内孔激光熔覆的需求。

实施例5

采用实施例2中提供的激光熔覆内孔铜基合金粉末对工件进行激光熔覆，工件进行激光熔覆后，采用维氏硬度计，按照GB/T 7997-2014的方法进行工件硬度的检测，此方法简述为，从工件上截取10*10mm的试块，进行表面打磨、抛光处理，将试块放置在显微硬度计上，进行硬度检测，检测结果如表1所示，由表1可知，采用实施例2中提供的激光熔覆内孔铜基合金粉末对工件进行激光熔覆后，工件表面的平均硬度为HB180。

表1硬度检测

项目	位置1	位置2	位置3	位置4	位置5	平均
							硬度(HB)	177	180	174	176	193	180

实施例6不同添加量的铁、铝对铜基合金粉末效果的影响

实施例2提供的激光熔覆内孔铜基合金粉末与其他铁、铝含量的铜基合金粉末进行对比验证实验，在选用的对比验证组中除了铁、铝含量不同，其他除铜之外的组分含量均相同，铜的含量铁、铝含量不同进行相应的增减，不同铁、铝含量的铜基合金粉中铁、铝的含量设定具体如表2中的A-I组所示。

表2不同Fe、Al含量的铜基合金粉末设定表

6.1不同铁、铝含量的铜基合金粉末的盐雾腐蚀试验

分别采用表2中A-I组的铜基合金粉末对工件(板状)进行激光熔覆，工件进行激光熔覆后，按GB/T 2423.17所述的酸性盐雾腐蚀试验的方法对工件进行酸性盐雾腐蚀试验，其中，激光熔覆的方法与实施例4中激光熔覆的方法相同。酸性盐雾腐蚀试验96h后用光学显微镜对激光熔覆工件表面进行观察，其观察结果如图2所示，图中A-I分别对应表2中A-I组的铜基合金粉末，由图可以看出，本发明提供的激光熔覆内孔铜基合金粉末(对应表2中E组)的耐酸性盐雾腐蚀性明显优于其他组。

6.2不同Fe、Al含量的铜基合金粉末平均晶粒尺寸测定

采用金相显微镜观察上述6.1中经过96h酸性盐雾腐蚀试验的工件，并结合金相处理分析软件IPP分别对熔覆有A-I组铜基合金粉末的工件进行平均晶粒尺寸测定，测定结果如表3所示，由表3可知，本发明提供的激光熔覆内孔铜基合金粉末(对应表2中E组)的平均晶粒尺寸明显小于其他组。

根据Hall-Peteh公式：

σ_y＝σ₀+k_yd^-1/2

式中σ_y为屈服应力，σ₀为常数，k_y为常数，d为晶粒平均直径。在多晶体中，晶粒越细小，晶界越多，在受力变形时位错运动受到晶界的阻碍，从而使晶界内的滑移越难进行，屈服强度会增大，从而起到细晶强化的作用。细晶强化的显著特点是在提高材料强度硬度的同时还能提高其塑性和韧性。由此可见，本发明提供的激光熔覆内孔铜基合金粉末(对应表2中E组)在上述方面明显优于其他组。

表3不同Fe、Al含量的铜基合金粉末平均晶粒尺寸(μm)

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均囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施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以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种激光熔覆内孔铜基合金粉末的制备方法，其特征在于，包括：

(3)将混合物B进行收集并干燥，进行混粉处理，保证混合物B颗粒的表面光洁度，筛分后即可制得粒度≤50μm的合金粉末；

其中，配方成分中各组分在铜基合金粉末中的质量百分比分别为：碳0.005-0.01%，铬0.05-0.09%，钼0.01-0.08%,硅0.03-0.09%，铁0.20-0.30%，铝6-10%，余量为铜。

2.根据权利要求1所述的激光熔覆内孔铜基合金粉末的制备方法，其特征在于，各组分在铜基合金粉末中的质量百分比分别为：碳0.01%，铬0.09%，钼0.04%,硅0.06%，铁0.24%，铝8.5%，余量为铜。

3.根据权利要求2所述的激光熔覆内孔铜基合金粉末的制备方法，其特征在于,所述激光熔覆内孔铜基合金粉末的粒度为0.025-0.048mm。

4.根据权利要求2所述的激光熔覆内孔铜基合金粉末的制备方法，其特征在于，所述激光熔覆内孔铜基合金粉末中的氧含量为0.0108ppm。