CN104775118A - 一种激光熔覆粉末预置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光熔覆粉末预置方法，属于激光熔覆技术领域。所述方法步骤如下：(1)对待熔覆工件的表面进行预处理，清理掉工件表面的灰尘、油垢和锈蚀；(2)使待熔覆工件的背面作用于均匀磁场，利用电喷枪向待熔覆工件表面均匀喷洒熔覆粉末，熔覆粉末在磁场作用下被吸附到待熔覆工件表面，即实现激光熔覆粉末预置。所述的激光熔覆粉末预置方法简单、操作方便，适用于复杂形状且非水平放置的工件，所形成的粉末预置层均匀。

Description

一种激光熔覆粉末预置方法
技术领域
本发明涉及一种激光熔覆粉末预置方法，属于激光熔覆技术领域。
背景技术
激光熔覆技术发展已近半个世纪，最早开始利用激光熔覆技术的是美国，AVCO公司对易磨损部件进行了首次试验并取得成功。后来英国Rolls.Royce公司利用激光熔覆技术在发动机叶片上熔覆一层Co基合金保护涂层，通过测试熔覆层硬度和耐磨性，很好地改善了熔覆层的表面性能。激光熔覆技术产生巨大的经济效益。因此，在很多生产领域中激光熔敷技术备受欢迎，发展潜力很大。
激光熔覆技术是对材料表面进行改性的技术，已广泛应用于零件表面微观结构和成分改良，以提高其耐磨性、抗腐蚀性、抗氧化性等性能。作为激光表面改性领域中最重要的技术之一，激光熔敷技术不受基体材料制约，是改良材料表面性能的一种经济有效的手段，它利用激光光源的高能量，将给定的合金粉末与基体表面形成复杂的物理化学过程和快速凝固过程，在基体表面形成结合致密的冶金涂层。与传统的表面涂层技术，如热喷涂、等离子熔覆等技术相比，激光熔覆具有热影响区小，热型变量小，熔覆层和基底的结合为冶金结合等优点。激光熔覆技术可在低成本基体上制备高性能的表面涂层以节省大量的贵重合金、稀有金属等材料，极大地降低了制作成本，这种技术耗材少、污染小，属于绿色加工技术。可广泛应用于汽车、航空、模具轧辊等工业应用，具有显著的经济效益和发展潜力。
激光熔覆技术具有如下工艺特点：①局部表层对基体的热影响很小，主要是因为激光作用，熔覆粉末和基体迅速熔覆。容易实现小范围熔覆，且工件不易变形，熔覆成品率较高。②熔覆层晶粒细小且均匀弥散分布在基体中，熔覆层硬度很高，而且耐磨和耐腐蚀等性能强。从而大大提高材料表面的各种性能。③高能激光束在基体上作用的时间很短且熔覆层稀释率低，因此基材熔化量小。如果把熔覆层的稀释率降到最低，可以得到性能良好的材料表面.从而达到低耗材高收益的效果。④选择作为熔覆层的粉末范围广泛，激光熔覆技术特别适用于低熔点金属表面熔覆高熔点合金。⑤激光熔覆技术易实现自动化，且熔覆层表面性能稳定，熔覆层成分和厚度都在可控制范围。正是由于这些特点，才使得激光熔覆技术近10年来在材料表面改性方面受到了广泛的关注。
激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类，即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆，其中以预置式激光熔覆最为常用。预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束辐照扫描熔化，熔覆材料以粉、丝或板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用。预置式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---预置熔覆材料---预热---激光熔化---后热处理。
在粉末熔覆材料预置过程中，粉末往往通过机械或人工的方式撒敷在工件的表面，这种粉末预置方式只适用于形状简单且水平放置的工件，而且粉末预置层也不均匀，直接导致随后的激光熔覆涂层微观结构不均匀。因此，急需开发一种适用于复杂形状工件且预置均匀的粉末预置方法。
发明内容
针对现有激光熔覆粉末预置方法只适用于形状简单且水平放置的工件，而且粉末预置层也不均匀的问题，本发明的目的在于提供一种激光熔覆粉末预置方法。所述的激光熔覆粉末预置方法简单、操作方便，适用于复杂形状且非水平放置的工件，所形成的粉末预置层均匀。
本发明的目的由以下技术方案实现：
一种激光熔覆粉末预置方法，所述方法步骤如下：
(1)对待熔覆工件的表面进行预处理，清理掉工件表面的灰尘、油垢和锈蚀；
(2)使待熔覆工件的背面作用于均匀磁场，利用电喷枪向待熔覆工件表面均匀喷洒熔覆粉末，熔覆粉末在磁场作用下被吸附到待熔覆工件表面，即实现激光熔覆粉末预置；
步骤(2)所述熔覆粉末为铁基、镍基或钴基合金粉末，纯度大于99％，粒度范围为200～400目，优选400目；步骤(2)所述均匀磁场采用电磁铁或磁场发生器实现，所发出的磁场强度范围为0.95～24.0mT；
步骤(2)所述电喷枪使用电压为220V，频率为50Hz，功率为450W，电喷枪转速为3000r/min，最大容量为800mL，最大气流量为180～380mL/min，喷射距离为100～500mm，电喷枪移动速率为10～100mm/s。
有益效果
本发明所述方法中以铁基、镍基或钴基合金粉末作为熔覆粉末，这些熔覆粉末均为磁性材料，在外加磁场(如磁铁)的作用下可以被吸附在基体表面。本发明采用这种方法能够解决竖直放置的基体熔覆粉末的预置问题，从而弥补激光熔覆只能应用于水平平整基体的不足，且所形成的粉末预置层均匀。本发明工艺简单、成本低且效率高。因此，本发明所述方法在航空航天和汽车等工业上具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明的粉末预置过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不限于此。
以下实施例中所用的待熔覆工件的表面预处理方式为：首先，利用砂纸或纱布打磨待熔覆工件表面，以除去工件表面的氧化皮或锈斑；然后，使用酒精清洗待熔覆工件表面，以除去表面的灰尘和油脂等。经过以上两步预处理后，即可获得清洁、干净的工件表面。
熔覆粉末预置层的厚度通过计算获得，计算方法如下：首先计算在单位时间和单位面积预置层内所获得的熔覆粉末的质量；然后，利用质量除以已知粉末的密度，从而获得该粉末预置层的厚度。
实施例中激光熔覆粉末预置过程示意图如图1所示。
实施例中所用熔覆粉末的纯度大于99％。
实施例1
首先，对待熔覆工件表面进行预处理，获得清洁且干净的工件表面；然后，将工件固定于试样架上，在工件背面施加均匀磁场，磁场强度为0.95mT；最后，将粒度为400目的铁基合金粉末(粉末成分为：Fe 70wt.％，Mo 2wt.％，B 5wt.％，Cr 4wt.％，W 8wt.％，Ni 3wt.％，Si 5wt.％，Mn 3wt.％)装入电喷枪中，电喷枪使用电压为220V，频率为50Hz，功率为450W，电喷枪转速为3000r/min，最大容量为800mL，最大气流量为180mL/min，电喷枪距离工件表面为100mm，电喷枪的移动速率为10mm/s。所获得的铁基粉末预置层非常均匀，厚度为40μm/cm2/s。
实施例2
首先，对待熔覆工件表面进行预处理，获得清洁且干净的工件表面；然后，将工件固定于试样架上，在工件背面施加均匀磁场，磁场强度为24.0mT；最后，将粒度为400目的钴基合金粉末(粉末成分为：Co 38.5wt.％，Ni 32wt.％，Cr21wt.％，Al 8wt.％，Y 0.5wt.％)装入电喷枪中，电喷枪使用电压为220V，频率为50Hz，功率为450W，电喷枪转速为3000r/min，最大容量为800mL，最大气流量为380mL/min，电喷枪距离工件表面为500mm，电喷枪的移动速率为100mm/s。所获得的钴基合金粉末预置层非常均匀，厚度为40μm/cm2/s。
实施例3
首先，对待熔覆工件表面进行预处理，获得清洁且干净的工件表面；然后，将工件固定于试样架上，在工件背面施加均匀磁场，磁场强度为17.4mT；最后，将粒度为400目的镍基合金粉末(粉末成分为：Ni 69.8wt.％，Cr 24.8wt.％，Al4.9wt.％，Y 0.5wt.％)装入电喷枪中，电喷枪使用电压为220V，频率为50Hz，功率为450W，电喷枪转速为3000r/min，最大容量为800mL，最大气流量为300mL/min，电喷枪距离工件表面为300mm，电喷枪的移动速率为60mm/s。所获得的镍基合金粉末预置层非常均匀，厚度为40μm/cm2/s。
实施例4
首先，对待熔覆工件表面进行预处理，获得清洁且干净的工件表面；然后，将工件固定于试样架上，在工件背面施加均匀磁场，磁场强度为17.4mT；最后，将粒度为200目的铁基合金粉末(粉末成分为：Fe 70wt.％，Mo 2wt.％，B 5wt.％，Cr 4wt.％，W 8wt.％，Ni 3wt.％，Si 5wt.％，Mn 3wt.％)装入电喷枪中，电喷枪使用电压为220V，频率为50Hz，功率为450W，电喷枪转速为3000r/min，最大容量为800mL，最大气流量为300mL/min，电喷枪距离工件为300mm，电喷枪的移动速率为60mm/s。所获得的铁基合金粉末预置层非常均匀，厚度为80μm/cm2/s。
实施例5
首先，对待熔覆工件表面进行预处理，获得清洁且干净的工件表面；然后，将工件固定于试样架上，在工件背面施加均匀磁场，磁场强度为17.4mT；最后，将粒度为300目的铁基合金粉末(粉末成分为：Fe 70wt.％，Mo 2wt.％，B 5wt.％，Cr 4wt.％，W 8wt.％，Ni 3wt.％，Si 5wt.％，Mn 3wt.％)装入电喷枪中，电喷枪使用电压为220V，频率为50Hz，功率为450W，电喷枪转速为3000r/min，最大容量为800mL，最大气流量为300mL/min，电喷枪距离工件为300mm，电喷枪的移动速率为60mm/s。所获得的铁基合金粉末预置层非常均匀，厚度为50μm/cm2/s。
本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种激光熔覆粉末预置方法，其特征在于，所述方法步骤如下：
(1)对待熔覆工件的表面进行预处理，清理掉工件表面的灰尘、油垢和锈蚀；
(2)使待熔覆工件的背面作用于均匀磁场，利用电喷枪向待熔覆工件表面均匀喷洒熔覆粉末，熔覆粉末在磁场作用下被吸附到待熔覆工件表面，即实现激光熔覆粉末预置；
步骤(2)所述熔覆粉末为铁基、镍基或钴基合金粉末，纯度大于99％，粒度范围为200～400目。
2.根据权利要求1所述的一种激光熔覆粉末预置方法，其特征在于，步骤(2)所述熔覆粉末粒度为400目。
3.根据权利要求1所述的一种激光熔覆粉末预置方法，其特征在于，步骤(2)所述均匀磁场采用电磁铁或磁场发生器实现，所发出的磁场强度范围为0.95～24.0mT。
4.根据权利要求1所述的一种激光熔覆粉末预置方法，其特征在于，步骤(2)所述电喷枪使用电压为220V，频率为50Hz，功率为450W，电喷枪转速为3000r/min，最大容量为800mL，最大气流量为180～380mL/min，喷射距离为100～500mm，电喷枪移动速率为10～100mm/s。
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