CN114934271B - 一种用于液压缸的激光熔覆工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于表面处理技术领域，具体涉及一种用于液压缸的济钢熔覆工艺，包括如下步骤：步骤1，将待熔覆基体表面进行预处理；步骤2，制备金属‑陶瓷复合熔覆粉末；步骤3，激光熔覆处理：采用同步送粉的方式，配合激光熔覆装置形成基体表面的复合增强熔覆层；步骤4，将熔覆后的基体氮冷至室温。本发明解决了现有陶瓷熔覆层存在裂纹的问题，利用金属粉末配合陶瓷颗粒形成涂层内的复合结构，利用金属与金属的熔化相容性，提升涂层的连接性，降低连接处的气泡与裂纹。

Description

一种用于液压缸的激光熔覆工艺
技术领域
本发明属于表面处理技术领域，具体涉及一种用于液压缸的济钢熔覆工艺。
背景技术
激光熔覆是一种重要的表面改性技术，利用高能激光束使涂层材料与基体表面薄层一起熔凝，从而形成与基体冶金结合良好的添料覆层的技术。该技术具有能量密度高，所得涂层的稀释及热影响区小，冶金结合强度高等优点，因此，激光熔覆能够将陶瓷粉末和基体薄层熔化，形成良好冶金结合，进而提高原始基材表面的耐磨损等性能。但是金属与陶瓷之间存在较大的热膨胀、导热率等性能差异，该体系中基体与陶瓷存在裂纹、气孔等缺陷，且陶瓷涂层受到熔化-冷却体系的影响，产生内部裂纹。在液压缸内，激光熔覆形成陶瓷涂层存在内部裂纹与气孔，无法在压力条件下长期使用。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种用于液压缸的激光熔覆工艺，解决了现有陶瓷熔覆层存在裂纹的问题，利用金属粉末配合陶瓷颗粒形成涂层内的复合结构，利用金属与金属的熔化相容性，提升涂层的连接性，降低连接处的气泡与裂纹。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
一种用于液压缸的激光熔覆工艺，包括如下步骤：
步骤1，将待熔覆基体表面进行预处理；
步骤2，制备金属-陶瓷复合熔覆粉末；
步骤3，激光熔覆处理：采用同步送粉的方式，配合激光熔覆装置形成基体表面的复合增强熔覆层；
步骤4，将熔覆后的基体氮冷至室温。
所述基体采用液压缸活柱。
所述预处理通过机械磨砂、乙醇喷雾洗涤与红外光照烘干进行表面洁净化处理。该预处理的具体步骤包括：a1，将基体进行表面抛砂处理，该抛砂采用机械抛砂打磨，该抛砂处理能够将表面的粘附物与氧化物去除，同时在表面形成细微的凹凸结构；a2，将无水乙醇喷雾在基体表面达到洗涤表面，乙醇的喷雾量为10-20mL/min，乙醇洗涤的方式将表面的浮动杂质去除，形成凹凸表面的完全裸露；a3，经洗涤后的基体进行红外光照烘干，光照的氛围为氮气氛围，光照强度为不高于5W/cm2，温度为80-90℃；该前处理用机械处理的方式将油污等杂质去除，进一步去除表面的氧化物，能够在基体表面形成凹凸不平的表面，并在乙醇的喷雾洗涤中形成清洗液流，将表面的浮动杂质去除；同时在氮气氛围下的红外光照处理能够确保裸露的凹凸表面保持洁净，不会形成氧化物。
所述金属-陶瓷复合熔覆粉末的质量配比如下：壳核陶瓷粒子粉末20-30份、镍细粉2-5份、铁细粉2-3份、纳米一氧化钛2-5份、氧化镧1-2份；所述壳核陶瓷粒子粉末为氢氧化铝包裹铬粒子粉末，即以氢氧化铝为包裹层，以铬粉末为核层，形成壳核结构。该金属-陶瓷复合熔覆粉末自带有氢氧化铝，并在后续的处理中转化为壳层氧化铝材料，配合金属粉末材料的熔化渗透，形成渗透式固化效果，利用物理渗透的方式形成优先固定，同时一氧化钛的原位专递，实现裂纹的封闭连接。
其中，所述金属-陶瓷复合熔覆粉末的制备方法包括：b1，将壳核陶瓷粒子粉末和纳米一氧化钛在氮气氛围下共混并烘干处理2-3h，氮气吹扫后冷却后得到第一混合物，所述烘干的温度为200-250℃；该步骤将壳核陶瓷粉末内的氢氧化铝转化为活性氧化铝，并与纳米一氧化钛形成活性基团的固化，b2，将镍细粉、铁细粉和氧化镧加入至上述的氮气氛围内搅拌均匀，得到金属-陶瓷复合熔覆粉末。该体系利用壳核陶瓷离子粉末的氢氧化铝转化中形成活性氧化铝将纳米一氧化钛形成连接，并形成固化，同时一氧化钛作为缺氧性或缺钛型活性材料，能够在氧化铝与金属粉末间形成连接体系，达到消除涂层：内的陶瓷表面裂纹，一氧化钛与氧化铝的优先连接形成基团保护结构，确保一氧化钛与氧化铝的连接。
所述壳核陶瓷粒子粉末的制备方法包括如下步骤：c1，将铬粉加入至无水乙醇中超声处理1-2h，过滤后烘干得到洁净的铬粉，所述铬粉与无水乙醇的质量比为3:1，超声处理的温度为30℃，超声频率为60kHz，所述烘干在氮气氛围下烘干，且烘干的温度为80℃，c2，将聚乙烯吡咯烷酮和异丙醇铝加入至乙醇中搅拌均匀，然后将铬粉加入并过滤得到镀膜铬粉，所述聚乙烯吡咯烷酮与异丙醇铝的摩尔比为1:5，所述异丙醇铝在乙醇中的浓度为50g/L，所述铬粉在溶液中的浓度为100g/L；c3，将镀膜铬粉在含水反应釜内静置30min，然后浸泡至乙醇中，过滤洗涤后烘干得到初步镀膜铬粉，所述含水反应釜中的氛围为水蒸气与氮气的混合氛围，且水蒸气的体积浓度为10％，静置温度为70℃，该步骤基于聚乙烯吡咯烷酮在乙醇中的溶解，能够形成稳定的溶液，因此，初步镀膜铬粉为表面为微孔薄膜的铬粉；c4，将异丙醇铝溶解在乙醇中，并浸泡初步镀膜铬粉后过滤，形成液膜，烘干后静置处理20min，得到以氢氧化铝为壳层，以铬粉为内核的壳核陶瓷粒子粉末，所述异丙醇铝与乙醇的质量比为1:3，所述烘干的温度为80℃，静置的氛围为水蒸气与氮气体积比为1:7的氛围；该步骤利用表面沉积的方式将异丙醇铝转化为氢氧化铝，并沉积在铬粉表面形成壳核结构，同时聚乙烯吡咯烷酮的溶解去除，实现了原料的反复利用。
所述激光熔覆处理采用1064nm的半导体光纤激光器。
所述激光熔覆处理的光纤激光功率为1500-1800W，送粉量为2.0-3.0g/min，扫描速度为300mm/min。
所述复合增强熔覆层的厚度80μm-3mm。
所述激光熔覆处理前进行预热处理，预热温度为400℃，且采用激光熔覆处理的方式预热。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
1.本发明解决了现有陶瓷熔覆层存在裂纹的问题，利用金属粉末配合陶瓷颗粒形成涂层内的复合结构，利用金属与金属的熔化相容性，提升涂层的连接性，降低连接处的气泡与裂纹。
2.本发明利用一氧化钛作为连接材料，形成陶瓷与金属的复相连接体，达到两者之间的稳定连接，有效的控制了陶瓷表面裂纹的产生，提升涂层整体的稳定性。
3.本发明利用氧化镧的方式引入镧元素，达到利用镧元素的自身性能改善整个涂层材料。
具体实施方式
结合实施例详细说明本发明，但不对本发明的权利要求做任何限定。
所述壳核陶瓷粒子粉末为氢氧化铝包裹铬粒子粉末，以氢氧化铝为包裹层，以铬粉末为核层，形成壳核结构，且其制备方法包括如下步骤：c1，将铬粉加入至无水乙醇中超声处理2h，过滤后烘干得到洁净的铬粉，所述铬粉与无水乙醇的质量比为3:1，超声处理的温度为30℃，超声频率为60kHz，所述烘干在氮气氛围下烘干，且烘干的温度为80℃，c2，将聚乙烯吡咯烷酮和异丙醇铝加入至乙醇中搅拌均匀，然后将铬粉加入并过滤得到镀膜铬粉，所述聚乙烯吡咯烷酮与异丙醇铝的摩尔比为1:5，所述异丙醇铝在乙醇中的浓度为50g/L，所述铬粉在溶液中的浓度为100g/L；c3，将镀膜铬粉在含水反应釜内静置30min，然后浸泡至乙醇中，过滤洗涤后烘干得到初步镀膜铬粉，所述含水反应釜中的氛围为水蒸气与氮气的混合氛围，且水蒸气的体积浓度为10％，静置温度为70℃；c4，将异丙醇铝溶解在乙醇中，并浸泡初步镀膜铬粉后过滤，形成液膜，烘干后静置处理20min，得到以氢氧化铝为壳层，以铬粉为内核的壳核陶瓷粒子粉末，所述异丙醇铝与乙醇的质量比为1:3，所述烘干的温度为80℃，静置的氛围为水蒸气与氮气体积比为1:7的氛围。
实施例1
一种用于液压缸的激光熔覆工艺，包括如下步骤：
步骤1，将待熔覆的液压缸活柱表面进行预处理；a1，将基体进行表面抛砂处理，该抛砂采用机械抛砂打磨，该抛砂处理能够将表面的粘附物与氧化物去除，同时在表面形成细微的凹凸结构；a2，将无水乙醇喷雾在基体表面达到洗涤表面，乙醇的喷雾量为100mL/min，乙醇洗涤的方式将表面的浮动杂质去除，形成凹凸表面的完全裸露；a3，经洗涤后的基体进行红外光照烘干，光照的氛围为氮气氛围，光照强度为不高于5W/cm2，温度为80℃；
步骤2，制备金属-陶瓷复合熔覆粉末；所述金属-陶瓷复合熔覆粉末的质量配比如下：氢氧化铝包裹铬粒子粉末20份、镍细粉2份、铁细粉2份、纳米一氧化钛2份、氧化镧1份；且其制备方法为：b1，将氢氧化铝包裹铬粒子粉末和纳米一氧化钛在氮气氛围下共混并烘干处理2-3h，氮气吹扫后冷却后得到第一混合物，所述烘干的温度为200℃；b2，将镍细粉、铁细粉和氧化镧加入至上述的氮气氛围内搅拌均匀，得到金属-陶瓷复合熔覆粉末；
步骤3，激光熔覆处理：采用同步送粉的方式，配合激光熔覆装置形成基体表面的复合增强熔覆层；激光熔覆处理采用1064nm的半导体光纤激光器，光纤激光功率为1500W，送粉量为2.0g/min，扫描速度为300mm/min；
步骤4，将熔覆后的基体氮冷至室温。
经过测试，该熔覆层成型较好，涂层组织细化，致密性好，无气孔，几乎无裂纹，与传统的陶瓷涂层相比，存在明显差异。
实施例2
一种用于液压缸的激光熔覆工艺，包括如下步骤：
步骤1，将待熔覆的液压缸活柱表面进行预处理；a1，将基体进行表面抛砂处理，该抛砂采用机械抛砂打磨，该抛砂处理能够将表面的粘附物与氧化物去除，同时在表面形成细微的凹凸结构；a2，将无水乙醇喷雾在基体表面达到洗涤表面，乙醇的喷雾量为20mL/min，乙醇洗涤的方式将表面的浮动杂质去除，形成凹凸表面的完全裸露；a3，经洗涤后的基体进行红外光照烘干，光照的氛围为氮气氛围，光照强度为不高于5W/cm2，温度为90℃；
步骤2，制备金属-陶瓷复合熔覆粉末；所述金属-陶瓷复合熔覆粉末的质量配比如下：氢氧化铝包裹铬粒子粉末30份、镍细粉5份、铁细粉3份、纳米一氧化钛5份、氧化镧2份；且其制备方法为：b1，将氢氧化铝包裹铬粒子粉末和纳米一氧化钛在氮气氛围下共混并烘干处理3h，氮气吹扫后冷却后得到第一混合物，所述烘干的温度为250℃；b2，将镍细粉、铁细粉和氧化镧加入至上述的氮气氛围内搅拌均匀，得到金属-陶瓷复合熔覆粉末；
步骤3，激光熔覆处理：采用同步送粉的方式，配合激光熔覆装置形成基体表面的复合增强熔覆层；激光熔覆处理采用1064nm的半导体光纤激光器，光纤激光功率为1800W，送粉量为3.0g/min，扫描速度为300mm/min；所述复合增强熔覆层的厚度80μm-3mm；
步骤4，将熔覆后的基体氮冷至室温。
经过测试，该熔覆层成型较好，涂层组织细化，致密性好，无气孔，几乎无裂纹。
实施例3
一种用于液压缸的激光熔覆工艺，包括如下步骤：
步骤1，将待熔覆的液压缸活柱表面进行预处理；a1，将基体进行表面抛砂处理，该抛砂采用机械抛砂打磨，该抛砂处理能够将表面的粘附物与氧化物去除，同时在表面形成细微的凹凸结构；a2，将无水乙醇喷雾在基体表面达到洗涤表面，乙醇的喷雾量为20mL/min，乙醇洗涤的方式将表面的浮动杂质去除，形成凹凸表面的完全裸露；a3，经洗涤后的基体进行红外光照烘干，光照的氛围为氮气氛围，光照强度为不高于5W/cm2，温度为80℃；
步骤2，制备金属-陶瓷复合熔覆粉末；所述金属-陶瓷复合熔覆粉末的质量配比如下：氢氧化铝包裹铬粒子粉末30份、镍细粉2份、铁细粉3份、纳米一氧化钛5份、氧化镧2份；且其制备方法为：b1，将氢氧化铝包裹铬粒子粉末和纳米一氧化钛在氮气氛围下共混并烘干处理3h，氮气吹扫后冷却后得到第一混合物，所述烘干的温度为220℃；b2，将镍细粉、铁细粉和氧化镧加入至上述的氮气氛围内搅拌均匀，得到金属-陶瓷复合熔覆粉末；
步骤3，激光熔覆处理：采用同步送粉的方式，配合激光熔覆装置形成基体表面的复合增强熔覆层；激光熔覆处理采用1064nm的半导体光纤激光器，光纤激光功率为1600W，送粉量为2.0g/min，扫描速度为300mm/min；所述复合增强熔覆层的厚度80μm-3mm；
步骤4，将熔覆后的基体氮冷至室温。
经过测试，该熔覆层成型较好，涂层组织细化，致密性好，无气孔，几乎无裂纹。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于液压缸的激光熔覆工艺，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，将待熔覆基体表面进行预处理；
步骤2，制备金属-陶瓷复合熔覆粉末；所述金属-陶瓷复合熔覆粉末的质量配比如下：壳核陶瓷粒子粉末20-30份、镍细粉2-5份、铁细粉2-3份、纳米一氧化钛2-5份、氧化镧1-2份；所述壳核陶瓷粒子粉末为氢氧化铝包裹铬粒子粉末，即，以氢氧化铝为包裹层，以铬粉末为核层，形成壳核结构；
步骤3，激光熔覆处理：采用同步送粉的方式，配合激光熔覆装置形成基体表面的复合增强熔覆层；
步骤4，将熔覆后的基体氮冷至室温。
2.根据权利要求1所述的用于液压缸的激光熔覆工艺，其特征在于：所述基体采用液压缸活柱。
3.根据权利要求1所述的用于液压缸的激光熔覆工艺，其特征在于：所述预处理通过机械磨砂、乙醇喷雾洗涤与红外光照烘干进行表面洁净化处理。
4.根据权利要求3所述的用于液压缸的激光熔覆工艺，其特征在于：预处理的具体步骤包括：a1，将基体进行表面抛砂处理，该抛砂采用机械抛砂打磨；a2，将无水乙醇喷雾在基体表面达到洗涤表面，乙醇的喷雾量为10-20mL/min；a3，经洗涤后的基体进行红外光照烘干，光照的氛围为氮气氛围，光照强度为不高于5W/cm2，温度为80-90℃。
5.根据权利要求1所述的用于液压缸的激光熔覆工艺，其特征在于：所述金属-陶瓷复合熔覆粉末的制备方法包括：b1，将壳核陶瓷粒子粉末和纳米一氧化钛在氮气氛围下共混并烘干处理2-3h，氮气吹扫后冷却后得到第一混合物，所述烘干的温度为200-250℃；b2，将镍细粉、铁细粉和氧化镧加入至上述的氮气氛围内搅拌均匀，得到金属-陶瓷复合熔覆粉末。
6.根据权利要求1所述的用于液压缸的激光熔覆工艺，其特征在于：所述激光熔覆处理采用1064nm的半导体光纤激光器。
7.根据权利要求1所述的用于液压缸的激光熔覆工艺，其特征在于：所述激光熔覆处理的光纤激光功率为1500-1800W，送粉量为2.0-3.0g/min，扫描速度为300mm/min。
8.根据权利要求1所述的用于液压缸的激光熔覆工艺，其特征在于：所述激光熔覆处理前进行预热处理，预热温度为400℃。
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