CN105562932A - 一种搅拌摩擦焊搭接激光熔覆复合涂层的方法 - Google Patents

Abstract

一种搅拌摩擦焊搭接激光熔覆复合涂层的方法，包括如下步骤：采用溶胶-凝胶法制备待熔覆材料，将制备好的待熔覆材料放置于待处理材料表面形成熔覆层；所述待处理材料，即基材，为铝合金、镁合金、钛合金、或不锈钢；采用搅拌摩擦焊技术将所述溶覆层与所述基材焊合，激光照射。本发明以搅拌摩擦技术提升激光熔覆复合涂层的方法，能促进金属熔体成份和熔覆层组织均匀，同时经搅拌后对排除金属熔体中的气体、夹杂物有一定效果以及可细化晶和提高合金冶金质量并有松弛和缓解激光熔覆层的热应力产生重要作用；本发明实现熔覆层和基层、熔覆层之间的材料间的冶金结合，获得无孔、晶粒细小的显微组织且可控制涂层厚度，实现好的械性能熔覆层。

Description

一种搅拌摩擦焊搭接激光熔覆复合涂层的方法

【技术领域】

本发明涉及一种搅拌摩擦焊搭接激光熔覆复合涂层的方法。

【背景技术】

激光熔覆技术是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低、与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的工艺方法。然而在多元复合合金如自熔性合金粉末、碳化物复合粉末、自粘结复合粉末及氧化物陶瓷粉末等的激光熔覆过程中，熔池中各组分元素密度不一致及其它物性差别使激光熔覆层出现硬质分布不均及粗大造成熔覆层中裂纹缺陷和气孔。

目前按涂层材料的添加方式，激光熔覆的工艺方法主要有预置粉末法和同步送粉法两种。预置粉末法是将要涂覆的材料通过电镀、化学镀、等离子喷涂和手工粘结等方法预置于金属表面，然后经激光照射熔覆；同步送粉法是将粉末直接喷在激光辐射所形成的移动熔池上，涂层一次性形成。

激光熔覆金属基陶瓷层的裂纹缺陷从上世纪80年代一直到现在研究工作从没有停止过。尽管也在不同程度上取得了进展，但始终未能得到有效的解决。因而限制了激光熔覆金属陶瓷层的实际应用。激光熔覆在航空、航天、化工、机械、钢铁等行业具有广泛的应用前景。但直至目前为止，激光熔覆层特别是激光熔覆金属基陶瓷层仍存在一些问题，其中一个主要问题是熔覆层内的裂纹问题。总之裂纹问题是激光熔覆中最棘手的问题，也是目前制约激光熔覆走向实用化的最大障碍。目前文献上有着各式各样的激光熔覆的工艺方法，但是激光熔覆处理功能单一，激光熔覆是一个动态熔化过程，熔池尺寸小，不仅存在着传热现象，而且也存在着对流、质量传递等，它们直接影响熔池的宏观形貌、偏析、组织和成分的均匀性及其他物理冶金性能。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于提供一种搅拌摩擦焊搭接激光熔覆复合涂层的方法。既可以获得无孔、晶粒细小的显微组织且可控制涂层厚度，实现好的械性能熔覆层，又能实现大面积激光熔覆复合涂层面。

本发明是这样实现的：

一种搅拌摩擦焊搭接激光熔覆复合涂层的方法，包括如下步骤：

步骤一：采用溶胶-凝胶法制备待熔覆材料，具体包括：

以硅醇盐或硅卤化物为原料，以醇或酮作为溶剂，加入酸或碱作为催化剂，通过硅醇盐或硅卤化物的水解、缩聚过程形成溶胶，将多元复合金粉末加入溶胶中，制备成薄膜或块体以后经过干燥形成凝胶，均匀混合成糊状或膏状，制得待熔覆材料；

步骤二：将步骤一制备好的待熔覆材料放置于待处理材料表面形成熔覆层；所述待处理材料，即基材，为铝合金、镁合金、钛合金、或不锈钢；

步骤三：采用搅拌摩擦焊技术将所述溶覆层与所述基材焊合，具体包括：

利用铣床高速旋转搅拌头旋入熔覆层，穿过熔覆层抵达基材，所述搅拌头的肩部与熔覆层粉末表面紧密接触旋转产生摩擦热，加上搅拌头行进时产生挤锻的作用，使得搅拌过程中温度低于熔点温度，未达基材熔焊点，熔覆层粉末材料产生剧烈塑性流动现象将基材以搅拌的方式焊合。

步骤四：激光照射。

进一步地，所述多元复合金粉末为镍基自熔合金、钴基自熔合金、铁基自熔合金、碳化物复合粉末、自粘结复合粉末、氧化物陶瓷粉末中的其中两种、或两种以上的组合。

本发明的优点在于：本发明以搅拌摩擦技术提升激光熔覆复合涂层的方法，能促进金属熔体成份和熔覆层组织均匀，同时经搅拌后对排除金属熔体中的气体、夹杂物有一定效果以及可细化晶和提高合金冶金质量并有松弛和缓解激光熔覆层的热应力产生重要作用；本发明实现熔覆层和基层、熔覆层之间的材料间的冶金结合，获得无孔、晶粒细小的显微组织且可控制涂层厚度，实现好的械性能熔覆层；本发明能实现大面积激光熔覆复合涂层面，勿须贵重设备处理，节省成本。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1是本发明中采用搅拌摩擦焊技术将溶覆层与基材焊合的结构示意图。

【具体实施方式】

一种搅拌摩擦焊搭接激光熔覆复合涂层的方法，包括如下步骤：

步骤一：采用溶胶-凝胶法制备待熔覆材料，具体包括：

以硅醇盐或硅卤化物为原料，以醇或酮作为溶剂，加入酸或碱作为催化剂，通过硅醇盐或硅卤化物的水解、缩聚过程形成溶胶，将多元复合金粉末加入溶胶中，制备成薄膜或块体以后经过干燥形成凝胶，均匀混合成糊状或膏状，制得待熔覆材料；

步骤二：将步骤一制备好的待熔覆材料放置于待处理材料表面形成熔覆层；所述待处理材料，即基材，为铝合金、镁合金、钛合金、或不锈钢；

步骤三：采用搅拌摩擦焊技术将所述溶覆层与所述基材焊合，具体包括：

如图1所示，利用铣床高速旋转搅拌头1旋入熔覆层2，穿过熔覆层2抵达基材3，所述搅拌头1的肩部11与熔覆层2粉末表面紧密接触旋转产生摩擦热，加上搅拌头1行进时产生挤锻的作用，使得搅拌过程中温度低于熔点温度，未达基材3熔焊点，熔覆层2粉末材料产生剧烈塑性流动现象将基材3以搅拌的方式焊合。

步骤四：激光照射。

激光照射各参数及条件如表1所示。

表1：

编号	参数	条件1	条件2	条件3
					A	氩气吹气角度	侧吹(60度)	正吹(90)+侧吹(60)
B	尖峰功率(W)	800	900	1000
					C	脉冲频率(Hz)	40	50	60
D	脉冲宽度(MS)	1.0	1.5	2.0
					E	聚焦位置(mm)	+2	0	-2
F	焊接速度(mm/min)	3	4	5
					G	气体压力(Mpa)	1.0	1.5	2.0
H	脉冲重复率	1	5	10

其中，多元复合金粉末为镍基自熔合金、钴基自熔合金、铁基自熔合金、碳化物复合粉末、自粘结复合粉末、氧化物陶瓷粉末中的其中两种、或两种以上的组合。

碳化物复合粉末系由碳化物硬质相与金属或合金作为粘结相所组成的粉末体系分为(Co、Ni)/WC和(NiCr、NiCrAl)/Cr3C2等系列；自粘结复合粉末的类型分为自粘结碳化钨、自粘结不锈钢、自粘结铝青铜、自粘结合金钢等系列；氧化物陶瓷粉末为氧化铝和氧化锆两个系列.

本发明以搅拌摩擦技术提升激光熔覆复合涂层的方法，能促进金属熔体成份和熔覆层组织均匀，同时经搅拌后对排除金属熔体中的气体、夹杂物有一定效果以及可细化晶和提高合金冶金质量并有松弛和缓解激光熔覆层的热应力产生重要作用；本发明实现熔覆层和基材之间的材料间的冶金结合，获得无孔、晶粒细小的显微组织且可控制涂层厚度，实现好的械性能熔覆层；本发明能实现大面积激光熔覆复合涂层面，勿须贵重设备处理，节省成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施用例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种搅拌摩擦焊搭接激光熔覆复合涂层的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：采用溶胶-凝胶法制备待熔覆材料，具体包括：

以硅醇盐或硅卤化物为原料，以醇或酮作为溶剂，加入酸或碱作为催化剂，通过硅醇盐或硅卤化物的水解、缩聚过程形成溶胶，将多元复合金粉末加入溶胶中，制备成薄膜或块体以后经过干燥形成凝胶，均匀混合成糊状或膏状，制得待熔覆材料；

步骤二：将步骤一制备好的待熔覆材料放置于待处理材料表面形成熔覆层；所述待处理材料，即基材，为铝合金、镁合金、钛合金、或不锈钢；

步骤三：采用搅拌摩擦焊技术将所述溶覆层与所述基材焊合，具体包括：

利用铣床高速旋转搅拌头旋入熔覆层，穿过熔覆层抵达基材，所述搅拌头的肩部与熔覆层粉末表面紧密接触旋转产生摩擦热，加上搅拌头行进时产生挤锻的作用，使得搅拌过程中温度低于熔点温度，未达基材熔焊点，熔覆层粉末材料产生剧烈塑性流动现象将基材以搅拌的方式焊合。

步骤四：激光照射。

2.如权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊搭接激光熔覆复合涂层的方法，其特征在于：所述多元复合金粉末为镍基自熔合金、钴基自熔合金、铁基自熔合金、碳化物复合粉末、自粘结复合粉末、氧化物陶瓷粉末中的其中两种、或两种以上的组合。