CN102453905B - 在混凝土输送泵车眼镜板表面制备耐磨合金涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
在混凝土输送泵车眼镜板表面制备耐磨合金涂层的方法，其特点是有以下步骤：(1)眼镜板表面预处理；(2)合金粉末的选择和自动送粉装置的调节；(3)光束调节；(4)选用DL-HL-T5000型CO2激光器，工作台为SIMENS数控激光加工机。采用同步送粉装置将合金粉末自动送入激光熔池，在眼镜板表面形成均匀致密的激光熔覆层；(5)熔覆后探伤检验。本发明采取激光熔覆方法将具有耐磨性能的合金粉末均匀地熔覆在眼镜板表面，形成均匀致密的冶金结合涂层，熔覆层与基体形成牢固的冶金结合，不产生剥落。
Description
技术领域
本发明涉及一种混凝土输送泵车部件表面制备耐磨涂层的方法，特别是涉及一种采用激光熔覆技术在混凝土输送泵车眼镜板表面制备耐磨合金涂层的方法，属于激光熔覆技术领域。
背景技术
眼镜板是混凝土输送泵车的重要部件，也是一个易损件，其寿命长短直接影响着泵车的使用效率与使用成本。眼镜板是S形泵送分配阀的零件，与混凝土输送缸相联通，运动部件S管在摆动油缸的驱动下，将混凝土从一侧混凝土缸口剪切、扭转摆动到另一侧混凝土缸口上，切割环随S管贴着眼镜板摆动，与眼镜板组成了切换摩擦副。由于切割环的快速摆动使眼镜板产生强烈磨损，同时还要承受切断石子时产生的冲击力。工作介质是由水泥、细粗骨料、水及外加剂组成的混凝土，其硬度、韧性、耐磨性及抗压溃强度等力学性能都有一定的要求，尤其是硬度指标，约为洛氏硬度HRC40-50。由此可知，眼镜板主要在常温下工作，承受冲击力、剪切力及较大的摩擦力。目前眼镜板寿命约为30000m3，远不能满足实际生产的需要。
眼镜板的主要失效形式是磨损、碎裂崩块失效。眼镜板和切割环之间的磨损属于磨粒磨损。磨损首先表现为切割环及眼镜板孔口棱角磨钝，并形成较小的圆弧面楔形口，随着参与磨损的磨粒粒径的增大，磨损间隙也随之增大，间隙大到一定值时会因严重漏浆而影响施工。而随着泵送高度的增加，眼镜板的冲击剪切会增大，磨损更剧烈，且容易发生碎裂崩块。
对眼镜板采取防护措施所用的材料必须从两方面着手：一是寻找耐磨性能好的合金材料，二是对眼镜板进行表面处理，以提高其耐磨性能。眼镜板的使用条件要求基体采用具有良好强度与韧性配合的中碳合金钢制造(如35CrMo、42CrMo、40CrNiMo等)。表面要求具有高的硬度和耐磨性，通常采用中频热处理或渗碳、碳氮共渗形成耐磨层，但由于其耐磨性较差，寿命仅为30000吨左右。表面堆焊方法硬度仍然较低(HRC45-52)，而堆焊高硬度材料时存在焊接开裂倾向。目前一种新的方法是在钢制基体表面镶嵌硬质合金块，眼镜板寿命提高到50000吨以上，但存在开裂崩落及造价过高的缺点。
因此，选择适当的在混凝土输送泵车眼镜板表面制备耐磨合金涂层的工艺，使混凝土输送泵车眼镜板表面的耐磨合金涂层与基体结合强度高、耐磨性能好，是所属领域当前亟待解决的课题。
激光熔覆技术作为一种先进的再制造技术，近年来得到了迅速推广和广泛应用。
激光熔覆技术利用高能量激光束聚集能量极高的特点，瞬间将在基材表面预置或与激光同步自动送置的、具有特殊物理、化学或力学性能的合金粉末完全熔化，同时基材部分熔化，形成一种新的复合型材料，激光束扫描后快速凝固，获得与基体冶金结合的致密覆层，以达到恢复几何尺寸和表面强化的目的。
目前，关于利用激光熔覆工艺制备设备部件耐磨合金涂层的专利和报道很多：例如，
公开号为CN 1932082的中国发明专利申请给出的《在结晶器表面激光快速熔覆制备耐磨抗热复合涂层工艺》，其特点在于利用高功率激光器，通过激光快速扫描在结晶器铜板表面熔覆与基体成冶金结合的良好的韧性打底过渡层，并通过激光宽带熔覆在打底合金表面制备耐磨及抗热性能优良的钴基合金。
公开号为CN1786272的中国发明专利申请给出的《激光熔覆镍基纳米WC/Co预涂层的制备方法》，该制备方法包括下列步骤：①按每克重的虫胶与10～20克重的无水乙醇称量虫胶和无水乙醇，然后将所述的虫胶加入无水乙醇中制成粘结剂；②根据需要按每克镍基纳米WC/Co粉末与0.1毫升～0.25毫升的粘结剂的比例，称量镍基纳米WC/Co粉末和所述的粘结剂并混合，充分搅拌均匀制成预涂胶；③将上述预涂胶均匀地涂在待激光熔覆处理的工件表面，制成预涂层；④烘干。采用自制的粘结剂制备镍基纳米WC/Co预涂层，然后再采用激光熔覆工艺，制备出了表面较平整，较细密、基本消除了裂纹与孔隙并与基体呈冶金结合的镍基纳米WC/Co复合涂层。
公开号为CN101338427的中国发明专利申请给出的《液压支架立柱缸筒、活塞杆耐磨抗蚀涂层的激光熔覆工艺》，包括以下工艺过程：首先立柱缸筒、活塞杆表面预处理：室温下对立柱缸筒、活塞杆表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净；然后合金粉末的选择和自动送粉装置的调节：选用具有优良耐磨抗蚀性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，铁基合金粉末的成份中主要含有Fe、C、Cr、Ni、Mo、Si、N、Nb、Ta、B；最后自动送粉装置的调节：调节自动送粉装置，使自动送粉头出来的合金粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量，使合金粉末涂层的厚度达到0.6-1.2mm。
公开号为CN101338425的中国发明专利申请给出的《铁路道岔滑床板表面耐磨抗蚀合金涂层激光熔覆工艺》，包括以下工艺过程：首先滑床板表面预处理，即在室温下对滑床板表面进行除油除锈，并用酒精清洗干净；然后是合金粉末的预置，即把待熔覆的铁基、镍基或钴基合金粉末预置于上述处理后的滑床板表面，并用带有导轨的刮尺来调整预制合金粉末，使之均匀分布在滑床板表面并具有适当的厚度，以满足熔覆后涂层厚度的要求；最后是光熔覆强化滑床板，选用气体CO2激光器，工作台为数控机床，在滑床板表面进行激光熔覆强化。
公开号为CN101338428的中国发明专利申请给出的《镐形截齿齿体头部激光熔覆耐磨涂层强化工艺》，包括以下工艺过程：首先是截齿齿体头部表面预处理；然后是合金粉末的选择和自动送粉装置的调整；最后是截齿头部激光熔覆耐磨合金涂层。
现有技术给出的上述技术方案虽能利用激光熔覆工艺对部分设备部件进行耐磨涂层处理，取得一定的技术效果。但对其他特定的设备部件，例如像混凝土输送泵车眼镜板这样的特定结构，现有激光熔覆工艺所提供的工艺参数已明显不能适应。
经本申请人检索查证：采用激光熔覆工艺在混凝土输送泵车眼镜板表面制备耐磨合金涂层，国内尚无先例，国外也没有见到相关报道。因此，寻找出适当的采用激光熔覆在混凝土输送泵车眼镜板表面制备耐磨合金涂层的工艺参数，仍需所属领域的技术人员进一步作出创造性的研究工作。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术对在混凝土输送泵车眼镜板表面制备耐磨合金涂层处理难的课题，通过反复研究改进，给出了一种新的在混凝土输送泵车眼镜板表面制备耐磨合金涂层的方法。该方法采用具有良好的耐磨性的合金粉末作为激光熔覆合金材料，采取激光熔覆方法将具有耐磨性能的合金粉末均匀地熔覆在眼镜板表面，形成均匀致密的冶金结合涂层，熔覆层与基体形成牢固的冶金结合，不产生剥落。
本发明给出的技术方案是：这种在混凝土输送泵车眼镜板表面制备耐磨合金涂层的方法，其特点是工艺过程如下：
(1)眼镜板表面预处理
室温下对眼镜板表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净。并用着色探伤法对其进行检验，要求表面无裂纹、气孔、夹杂等缺陷；
(2)合金粉末的选择和自动送粉装置的调节
选用具有优良耐磨性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，铁基合金粉末的化学成份按重量百分含量为：
C：0.05％-0.1％、Cr：13％-16％、Ni：2％-4％、Mo：1％-1.5％、Si：1％-1.2％、N：0.5％-0.8％、Nb：0.8％-1％、Ta：0.2％-0.4％、B：0.3％-0.5％，余量为Fe。
调节自动送粉装置，使自动送粉头出来的合金粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量，使合金粉末涂层的厚度达到1-1.5mm。
(3)光束调节
选用10*1mm宽带积分镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为矩形，光斑尺寸：长*宽＝(8-10)*(1-1.5)mm
(4)耐磨涂层激光熔覆
选用DL-HL-T5000型CO2激光器，工作台为SIMENS数控激光加工机。采用同步送粉装置将合金粉末自动送入激光熔池，在眼镜板表面形成均匀致密的激光熔覆层。
熔覆工艺参数如下：
激光功率P＝3000～4000W
聚焦矩形光斑尺寸：长*宽＝(8-10)*(1-1.5)mm
扫描速度V＝300-600mm/min
搭接率45～55％。
(5)熔覆后探伤检验
用着色探伤法对眼镜板表面加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔等缺陷。
本发明的原理是：采用具有优良的耐磨性能、与眼镜板基体具有良好冶金与力学相容的铁基合金粉末，在高功率激光束辐照工件表面的同时，采用自动送粉装置同步向激光熔池送入合金粉末，合金粉末在熔池内发生快速熔化和凝固，形成均匀致密的耐磨熔覆层，熔覆层与基体形成牢固的冶金结合。熔覆层厚度在1-1.5mm，且均匀分布。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、激光熔覆合金涂层均匀、致密，与基体形成牢固的冶金结合，涂层具有优良的耐磨性能，采用本发明技术制造的眼镜板显著提高了耐磨性能和使用寿命。
2、本发明可用于眼镜板制造和修复再制造。
具体实施方式
实施例1在混凝土输送泵车眼镜板表面制备耐磨合金涂层
混凝土输送泵车眼镜板的基体材料为Q235A合金钢
与眼镜板基体具有良好冶金与力学相容的铁基合金粉末的化学组成按重量百分含量为：
C：0.08％、Cr：14.5％、Ni：3.5％、Mo：1.2％、Si：1.2％、N：0.7％、Nb：0.9％、Ta：0.4％、B：0.5％、余量为Fe。
激光熔覆工艺包括以下过程：
(1)眼镜板表面预处理
室温下对眼镜板表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净。用着色探伤法对眼镜板加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂等缺陷；
(2)合金粉末的选择和自动送粉装置的调节
选用具有优良耐磨性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，调节自动送粉头使粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量使涂层厚度达到1.0mm。
(3)光束调节
选用10*1mm宽带积分镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为矩形，光斑尺寸：长*宽＝8*1.5mm
(4)耐磨涂层激光熔覆
开启DL-HL-T5000型CO2激光器，工作台为SIMENS数控激光加工机。采用同步送粉装置将合金粉末自动送入激光熔池，在眼镜板表面形成均匀致密的激光熔覆层。
熔覆工艺参数如下：
激光功率P＝4000W；
聚焦矩形光斑尺寸：长*宽＝8*1.5mm
扫描速度V＝400mm/min；
搭接率45％。
(5)熔覆后探伤检验
用着色探伤法对眼镜板加工部位进行检验，加工部位无裂纹、气孔等缺陷；
实施例2在混凝土输送泵车眼镜板表面制备耐磨合金涂层
混凝土输送泵车眼镜板的基体材料为Q235A合金钢
与眼镜板基体具有良好冶金与力学相容的铁基合金粉末的化学组成按重量百分含量为：
C：0.07％、Cr：15％、Ni：3％、Mo：1.5％、Si：1.1％、N：0.8％、Nb：0.8％、Ta：0.3％、B：0.3％、余量为Fe。
激光熔覆工艺包括以下过程：
(1)眼镜板表面预处理
室温下对眼镜板表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净。用着色探伤法对眼镜板加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂等缺陷；
(2)合金粉末的选择和自动送粉装置的调节
选用具有优良耐磨性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，调节自动送粉头使粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量使涂层厚度达到1.4mm。
(3)光束调节
选用10*1mm宽带积分镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为矩形，光斑尺寸：长*宽＝10*1mm
(4)耐磨涂层激光熔覆
开启DL-HL-T5000型CO2激光器，工作台为SIMENS数控激光加工机。采用同步送粉装置将合金粉末自动送入激光熔池，在眼镜板表面形成均匀致密的激光熔覆层。
熔覆工艺参数如下：
激光功率P＝4000W；
聚焦矩形光斑尺寸：长*宽＝10*1mm
扫描速度V＝600mm/min；
搭接率45％。
(5)熔覆后探伤检验
用着色探伤法对眼镜板加工部位进行检验，加工部位无裂纹、气孔等缺陷；
实施例3在混凝土输送泵车眼镜板表面制备耐磨合金涂层
混凝土输送泵车眼镜板的基体材料为Q235A合金钢
与眼镜板基体具有良好冶金与力学相容的铁基合金粉末的化学组成按重量百分含量为：
C：0.06％、Cr：15.5％、Ni：2％、Mo：1％、Si：1％、N：0.6％、Nb：1％、Ta：0.2％、B：0.4％、余量为Fe。
激光熔覆工艺包括以下过程：
(1)眼镜板表面预处理
室温下对眼镜板表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净。用着色探伤法对眼镜板加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂等缺陷；
(2)合金粉末的选择和自动送粉装置的调节
选用具有优良耐磨性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，调节自动送粉头使粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量使涂层厚度达到1.5mm。
(3)光束调节
选用10*1mm宽带积分镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为矩形，光斑尺寸：长*宽＝9*1mm
(4)耐磨涂层激光熔覆
开启DL-HL-T5000型CO2激光器，工作台为SIMENS数控激光加工机。采用同步送粉装置将合金粉末自动送入激光熔池，在眼镜板表面形成均匀致密的激光熔覆层。
熔覆工艺参数如下：
激光功率P＝4000W；
聚焦矩形光斑尺寸：长*宽＝9*1mm
扫描速度V＝500mm/min；
搭接率45％。
(5)熔覆后探伤检验
用着色探伤法对眼镜板加工部位进行检验，加工部位无裂纹、气孔等缺陷。
Claims (1)
1.一种在混凝土输送泵车眼镜板表面制备耐磨合金涂层的方法，其工艺过程如下：
（1）眼镜板表面预处理
室温下对眼镜板表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净，用着色探伤法对其进行检验，要求眼镜板表面无裂纹、气孔、夹杂缺陷；
（2）合金粉末的选择和自动送粉装置的调节
选用具有优良耐磨性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，
调节自动送粉装置，使自动送粉头出来的合金粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量，使合金粉末涂层的厚度达到1-1.5mm ；
（3）光束调节
选用10*1mm宽带积分镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为矩形，光斑尺寸:长*宽=（8-10）*（1-1.5）mm ；
（4）耐磨涂层激光熔覆
选用DL－HL－T5000型CO2激光器，工作台为SIMENS数控激光加工机，采用同步送粉装置将合金粉末自动送入激光熔池，在眼镜板表面形成均匀致密的激光熔覆层，熔覆工艺参数如下：
激光功率P＝3000～4000W，扫描速度V＝300-600mm/min，
聚焦矩形光斑尺寸：长*宽=（8-10）*（1-1.5）mm，
搭接率45～55％；
（5）熔覆后探伤检验
用着色探伤法对眼镜板表面加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔缺陷；其特征在于铁基合金粉末的化学成份按重量百分含量为：
C：0.06%、Cr：15.5%、Ni：2%、Mo：1%、Si：1%、N：0.6%、Nb：1%、Ta：0.2%、B：0.4%、余量为Fe。
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