CN116334621A - 一种基于过渡层激光熔覆的减振降噪耐磨涂层的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于过渡层激光熔覆的减振降噪耐磨涂层的加工方法，属于减振降噪耐磨涂层加工技术领域。本发明提供的加工方法为在金属基体表面激光熔覆316L不锈钢粉末作为过渡层，在过渡层表面激光熔覆Ni粉与WC粉的混合粉，得到减振降噪耐磨涂层。本发明提供的加工方法不仅能提升金属表面的减振降噪性能，同时也能提升涂层表面的物理化学性能，增加熔覆表面使用寿命，并且在批量化加工生产上有很大的优势。
Description
技术领域
本发明涉及减振降噪耐磨涂层加工技术领域，特别涉及一种基于过渡层激光熔覆的减振降噪耐磨涂层的加工方法。
背景技术
目前设备的减振降噪耐磨方法大多是采用直接更换材料或者改进结构等方法，然而，随着人们不断加深对表面改性技术的研究，利用表面改性技术，从而强化表面性能的应用越来越成熟。激光表面改性技术包括激光表面相变硬化、激光表面重熔、激光表面淬火、激光表面合金化以及激光表面熔覆等技术。激光熔覆是通过利用高能量激光束在基体的表面熔覆上一层新的材料或几种材料的混合物，从而达到改善零部件表面性能的目的。通过激光表面熔覆技术，新的功能材料涂层的性能会比基体材料的性能大大提高，比如耐磨性、减振降噪和耐腐蚀等性能。由此可见，通过激光熔覆来达到表面改性是非常有工程应用价值的。例如：铸铁作为重要的工程材料起到了非常关键的作用。尽管其力学性能不如钢，但是铸铁有着更为突出的特点。有资料显示，近些年在所有可铸件使用量中，铸铁件占近70％，而且呈上升趋势。考虑到铸铁材料成本低廉、加工简单、抗磨及减振降噪性能良好等优点，汽车制动系统中的刹车盘大多采用铸铁材料。车辆的高速和重载运行要求车辆制动盘具有耐高温、耐磨、摩擦系数稳定等性能。但是，当重载车辆在长时间下坡制动时，制动盘会由于制动高温而开裂或者热失效，从而使车辆制动失效而造成交通事故。
由于铸铁的减振降噪性能具有很大的局限性，制动噪声和振动问题是汽车NVH工程师和学者们近百年来一直希望解决的世界难题。但是，迄今为止这个问题依然没有得到完全解决。再者，汽车铸铁制动盘的防锈问题也是汽车主机厂和零部件生产商，多年来想解决而没有解决的难题。目前汽车零部件供应商和整车厂每年都花费大量人力、物力和财力，用来解决汽车摩擦制动噪声和振动以及防锈的问题。因此，发明一种绿色有效的减振降噪且耐腐蚀的涂层加工新方法，用来消去或大大减小摩擦制动噪声和振动且具有优异的耐腐蚀性能，具有重要的工程价值和环保意义。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种基于过渡层激光熔覆的减振降噪耐磨涂层的加工方法，本发明提供的加工方法不仅能提升金属表面的减振降噪性能，同时也能提升涂层表面的物理化学性能，增加熔覆表面使用寿命。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种基于过渡层激光熔覆的减振降噪耐磨涂层的加工方法，在金属基体表面激光熔覆316L不锈钢粉末作为过渡层，在过渡层表面激光熔覆Ni粉与WC粉的混合粉，得到减振降噪耐磨涂层。
优选的，所述金属基体为铸铁或钢材。
优选的，所述激光熔覆316L不锈钢粉末时的激光功率为1100W，扫描速度为600mm/min。
优选的，所述Ni粉与WC粉的质量比为(3～18)：2。
进一步优选的，所述的Ni粉为Ni35粉、Ni45粉或Ni60粉。
进一步优选的，当所述Ni粉为Ni35粉时，所述Ni35粉与WC粉的质量比为6：4；当所述Ni粉为Ni45粉时，所述Ni45粉与WC粉的质量比为7：3；当所述Ni粉为Ni60粉时，所述Ni60粉与WC粉的质量比为9：1。
优选的，所述在过渡层表面激光熔覆Ni粉与WC粉的混合粉时，激光功率为500W～5000W，扫描速度为300mm/min～1000mm/min。
优选的，所述减振降噪耐磨涂层的厚度为1mm～2mm。
有益技术效果：
1.本发明选用Ni粉和WC粉混合粉末为涂层材料，由于镍合金有优良的防腐蚀性能和耐高温性能，而WC的硬度很高且很耐磨，所以熔覆层具有耐腐蚀、高硬度、结合性好和减振降噪的特点。
2.本发明提供的加工方法可以用于批量生产加工，且激光器与其它自动化加工设备配套使用也很方便，同时，激光器与计算机辅助生产系统和设计系统配合，能快速地加工出产品，降低成本，并进而实现产业化。
3.本发明提供的加工方法不仅能提升金属表面的减振降噪性能，同时也能提升涂层表面的物理化学性能，增加熔覆表面使用寿命，并且在批量化加工生产上有很大的优势。
附图说明
图1为本发明的基于过渡层激光熔覆的减振降噪耐磨涂层的加工方法示意图；
图2为本发明的实施例中经熔覆前处理的试样实物图；
图3为本发明的实施例1～9中经磨削后的激光熔覆试样实物图；
图4为本发明的实施例1～9中加工完成后的具有熔覆涂层铸铁盘与无涂层盘的声压频谱对比图；
图5为本发明的实施例1～9中加工完成后的具有熔覆涂层铸铁盘与无涂层盘的振动加速度对比图；
图6为本发明的实施例1～9中加工完成后的具有熔覆涂层铸铁盘与无涂层盘的平均磨损量对比图。
具体实施方式
本发明提供了一种基于过渡层激光熔覆的减振降噪耐磨涂层的加工方法，在金属基体表面激光熔覆316L不锈钢粉末作为过渡层，在过渡层表面激光熔覆Ni粉与WC粉的混合粉，得到减振降噪耐磨涂层。
具体包括以下步骤：
1)对金属基体进行预处理，得到表面光洁无污渍且符合尺寸的金属基体。
在本发明中，所述金属基体为铸铁或钢材；所述预处理为将金属基体加工成要求尺寸，如外径70mm，厚度9.9mm，再用平面磨床磨到厚度为9.5mm，然后采用砂纸磨掉所述金属基体表面的氧化层，再用丙酮进行清洗并烘干，得到表面光洁无污渍的金属基体。
2)将316L不锈钢粉末置于处理后的金属基体表面进行激光熔覆，得到第一层熔覆层，即过渡层。
在本发明中，所述316L不锈钢粉在进行激光熔覆前优选为进行预处理；所述预处理为将316L不锈钢粉末在100℃的温度下烘干处理2小时。在本发明中，所述激光熔覆时激光功率为1100W，扫描速度为600mm/min，激光光斑直径为4mm。
3)将Ni粉末和WC粉末混匀后置于过渡层表面，进行激光熔覆，得到熔覆涂层。
在本发明中，所述Ni粉末和WC粉末混匀前优选为对Ni粉末和WC粉末进行预处理，所述预处理为将Ni粉末和WC粉末在100℃的温度下烘干处理2小时。
在本发明中，所述Ni粉与WC粉的质量比优选为(3～18)：2；所述Ni粉优选为Ni35粉、Ni45粉或Ni60粉；当所述Ni粉为Ni35粉时，所述Ni35粉与WC粉的质量比优选为6：4；当所述Ni粉为Ni45粉时，所述Ni45粉与WC粉的质量比优选为7：3；当所述Ni粉为Ni60粉时，所述Ni60粉与WC粉的质量比优选为9：1。
在本发明中，所述激光熔覆时激光功率为500W～5000W，扫描速度为300mm/min～1000mm/min，激光光斑直径为4mm。
4)对熔覆涂层进行自然冷却，然后对熔覆涂层进行打磨抛光处理，得到表面光滑的减振降噪耐磨涂层。
在本发明中，所述打磨抛光处理具体为把熔覆后的成品夹在车床上，把熔覆反面变形的部分车平，再线切割，以车过的平面为基准，切掉表面一层熔覆层，最后放在平面磨床上用金刚石砂轮打磨熔覆层，再将反面也磨平。在本发明中，所述减振降噪耐磨涂层的厚度为1mm～2mm。
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
以下实施例均采用灰铸铁HT250为金属基体，并且在进行激光熔覆时均采用螺旋线型工艺，共加工10圈，且每一圈在加工时进给1.8mm。316L不锈钢粉末、Ni35粉末、Ni45粉末、Ni60粉末和WC粉末均分别在100℃的温度下烘干处理2小时。
实施例1
步骤1)对灰铸铁HT250的基体进行预处理：将铸铁毛坯件先用车床加工外径到70mm，试样厚度加工到9.9mm，用平面磨床磨到厚度为9.5mm，采用砂纸磨掉所述金属基体表面的氧化层，而后采用丙酮进行清洗并烘干，得到表面光洁无污渍的金属基体，如图2所示。
步骤2)称取100g烘干后的316L不锈钢粉末，采用同步式送粉器并在送粉盘转速为1.5r/min的速度下将复合粉末置于表面光洁无污渍的铸铁的表面，而后在通有氩气且氩气流量为15.0L/min的环境下采用TruDisk4002碟片式激光器以1100W的激光功率和600mm/min的扫描速度进行激光熔覆，在铸铁盘上得到第一层熔覆层，即过渡层。表1为316L不锈钢粉末熔覆工艺参数。
表1不锈钢316L粉末熔覆工艺参数
步骤3)称取40g烘干后的WC粉末和60g烘干后的Ni35粉末，而后进行2小时的混粉处理，得到复合粉末，采用同步式送粉器并在送粉盘转速为4.9r/min的速度下将复合粉末置于表面光洁无污渍的铸铁的过渡层表面，而后在通有氩气且氩气流量为15.4L/min的环境下采用TruDisk4002碟片式激光器以1100W的激光功率和580mm/min的扫描速度进行激光熔覆，再经磨削处理后在铸铁盘上得到1#激光熔覆涂层，其中，熔覆的Ni35和WC粉末的送粉气体流量为5.8L/min。
步骤4)对熔覆涂层进行自然冷却，而后采用车床、磨床进行表面车削和磨削处理，包括如下子步骤：首先把熔覆后的成品夹在车床上，把熔覆反面变形的部分车平；线切割熔覆层背面，以车过的平面为基准，再切掉表面一层熔覆层；最后把熔覆件放在平面磨床上用金刚石砂轮打磨熔覆层，再将其背面磨平。从而得到表面光滑的具有减振降噪耐磨的涂层1#，厚度为1mm。
实施例2
步骤1)同实施例1步骤1)。
步骤2)同实施例1步骤2)。
步骤3)称取30g烘干后的WC粉末和70g烘干后的Ni35粉末，而后进行2小时的混粉处理，得到复合粉末，采用同步式送粉器并在送粉盘转速为4.4r/min的速度下将复合粉末置于表面光洁无污渍的铸铁的过渡层表面，而后在通有氩气且氩气流量为15.3L/min的环境下采用TruDisk4002碟片式激光器以1400W的激光功率和660mm/min的扫描速度进行激光熔覆，再经磨削处理后在铸铁盘上得到2#激光熔覆涂层，其中，熔覆的Ni35和WC粉末的送粉气体流量为4.2L/min。
步骤4)对熔覆涂层进行自然冷却，而后采用车床、磨床进行表面车削和磨削处理，包括如下子步骤：首先把熔覆后的成品夹在车床上，把熔覆反面变形的部分车平；线切割熔覆层背面，以车过的平面为基准，再切掉表面一层熔覆层；最后把熔覆件放在平面磨床上用金刚石砂轮打磨熔覆层，再将其背面磨平。从而得到表面光滑的具有减振降噪耐磨的涂层2#，厚度为1mm。
实施例3
步骤1)同实施例1步骤1)。
步骤2)同实施例1步骤2)。
步骤3)称取10g烘干后的WC粉末和90g烘干后的Ni35粉末，而后进行2小时的混粉处理，得到复合粉末，采用同步式送粉器并在送粉盘转速为4.5r/min的速度下将复合粉末置于表面光洁无污渍的铸铁的过渡层表面，而后在通有氩气且氩气流量为15.1L/min的环境下采用TruDisk4002碟片式激光器以2000W的激光功率和600mm/min的扫描速度进行激光熔覆，再经磨削处理后在铸铁盘上得到3#激光熔覆涂层，其中，熔覆的Ni35和WC粉末的送粉气体流量为5.4L/min。
步骤4)对熔覆涂层进行自然冷却，而后采用车床、磨床进行表面车削和磨削处理，包括如下子步骤：首先把熔覆后的成品夹在车床上，把熔覆反面变形的部分车平；线切割熔覆层背面，以车过的平面为基准，再切掉表面一层熔覆层；最后把熔覆件放在平面磨床上用金刚石砂轮打磨熔覆层，再将其背面磨平。从而得到表面光滑的具有减振降噪耐磨的涂层3#，厚度为1mm。
实施例4
同实施例1，区别在于，将Ni35粉末替换为Ni45粉末。
实施例5
同实施例2，区别在于，将Ni35粉末替换为Ni45粉末。
实施例6
同实施例3，区别在于，将Ni35粉末替换为Ni45粉末。
实施例7
同实施例1，区别在于，将Ni35粉末替换为Ni60粉末。
实施例8
同实施例2，区别在于，将Ni35粉末替换为Ni60粉末。
实施例9
同实施例3，区别在于，将Ni35粉末替换为Ni60粉末。
表2为实施例1～9中Ni/WC混合粉末采用的激光熔覆参数
将实施例1～实施例9制备得到的减振降噪耐磨铸铁盘1#～9#与未加工的铸铁盘0#进行声压频谱对比、振动加速度频谱对比、以及平均磨损量对比，如图4-图6所示。
根据图4、图5以及实施例1至实施例9可知，当WC粉末和Ni35、Ni45、Ni60的粉末质量配比由4:6变化至1:9时，声压频谱以及振动加速度的频率均集中在一个固定值，噪声主频均在1900Hz，而振动加速度主频也集中在800Hz。
根据图4、图5以及实施例1至实施例9可知，当WC粉末和Ni35、Ni45、Ni60的粉末质量配比由4:6变化至1:9时，声压幅值和振动加速度幅值均呈递减趋势，和无涂层试样相比，每个具有涂层的试样的振动和噪声都有非常明显的减小，对比总体9个试样来看，可以发现9#涂层的减振降噪效果最为突出，此时WC粉末和Ni60的粉末质量配比是1:9。
由图6可以清晰的看出，未加工试样的磨损量远远大于熔覆后的试样，因此得出经过激光熔覆后的试样可以大大提高耐磨性。其中7#试样最耐磨，其次9#试样也具有良好的耐磨性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于过渡层激光熔覆的减振降噪耐磨涂层的加工方法，其特征在于，在金属基体表面激光熔覆316L不锈钢粉末作为过渡层，在过渡层表面激光熔覆Ni粉与WC粉的混合粉，得到减振降噪耐磨涂层。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述金属基体为铸铁或钢材。
3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述激光熔覆316L不锈钢粉末时的激光功率为1100W，扫描速度为600mm/min。
4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述Ni粉与WC粉的质量比为(3～18)：2。
5.根据权利要求1或4所述的加工方法，其特征在于，所述Ni粉为Ni35粉、Ni45粉或Ni60粉。
6.根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于，当所述Ni粉为Ni35粉时，所述Ni35粉与WC粉的质量比为6：4；当所述Ni粉为Ni45粉时，所述Ni45粉与WC粉的质量比为7：3；当所述Ni粉为Ni60粉时，所述Ni60粉与WC粉的质量比为9：1。
7.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述在过渡层表面激光熔覆Ni粉与WC粉的混合粉时，激光功率为500W～5000W，扫描速度为300mm/min～1000mm/min。
8.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述减振降噪耐磨涂层的厚度为1mm～2mm。
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