CN108165979A - 一种用于制造液压支架立柱的超高速率激光熔覆方法 - Google Patents

一种用于制造液压支架立柱的超高速率激光熔覆方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108165979A
CN108165979A CN201711406916.7A CN201711406916A CN108165979A CN 108165979 A CN108165979 A CN 108165979A CN 201711406916 A CN201711406916 A CN 201711406916A CN 108165979 A CN108165979 A CN 108165979A
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
laser
column
hydraulic support
cladding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711406916.7A
Other languages
English (en)
Inventor
王淼辉
葛学元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute Of Light Quantitative Science And Research Co Ltd
Beijing Jike Guochuang Lightweight Science Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Beijing Institute Of Light Quantitative Science And Research Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute Of Light Quantitative Science And Research Co Ltd filed Critical Beijing Institute Of Light Quantitative Science And Research Co Ltd
Priority to CN201711406916.7A priority Critical patent/CN108165979A/zh
Publication of CN108165979A publication Critical patent/CN108165979A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
    • C23C24/103—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

本发明涉及一种轴类部件表面耐腐蚀层的制备方法，具体涉及一种使用超高速率激光熔覆制备液压支架立柱表面不锈钢耐腐蚀层的方法，属于表面处理技术领域。本发明通过选择合适的金属粉末、调整粉末汇聚点和激光焦点的位置、调节工艺参数等方法，可快速精确地生产出表面平整度好、厚度小、无缺陷的不锈钢耐腐蚀涂层，实现了超高速率激光熔覆，达到提高生产效率、节约生产成本的目的。

Description

一种用于制造液压支架立柱的超高速率激光熔覆方法
技术领域
本发明涉及一种圆柱类部件表面耐腐蚀层的制备方法，具体涉及一种使用超高速率激光熔覆制备液压支架立柱表面不锈钢耐腐蚀层的方法，属于表面处理技术领域。
背景技术
液压支架是综采工作面的核心设备，其主要作用是支护采场顶板，维护安全作业空间。液压支架立柱在服役过程中承受来自顶板的载荷，是液压支架的主要承载部件，因此要求立柱具有足够的强度和使用寿命，为综采工作提供支撑防护和安全保障。
液压支架立柱长期在酸、碱性腐蚀环境中工作，如何即经济又有效地防止立柱被腐蚀、延长立柱的使用寿命是立柱制造过程中的重点和难点。目前国内对立柱的表面处理方法主要有以下四种：
（1）电镀技术。目前国内使用最为广泛的方法是电镀镀铬，该方法工艺简单成本低廉，且制备的耐腐蚀层硬度高。但镀层与立柱基体的结合力差，使用寿命短，同时在制备过程中产生重金属六价铬污染环境。
（2）不锈钢嵌套技术。该技术将不锈钢板采用特殊工艺包卷在立柱外表面，利用不锈钢的耐腐蚀性提高立柱的防腐蚀性能。但若在运输、装配以及使用过程中发生磕碰将使外层不锈钢出现凹坑，从而导致立柱基体与不锈钢间出现空心层，严重时甚至不锈钢外层整体滑脱；
（3）等离子熔覆。该技术成本较低且工艺稳定，但该技术热输入量大，对基体材料组织影响大。同时较大的热输入使得基体材料存在较大的温度梯度导致立柱变形量升高，对于尺寸精度要求较高的立柱存在工艺局限性。
（4）激光熔覆技术。该方法基于激光能量集中、能量密度分布均匀的特点，在热输入量很小的条件下在基体表面形成均匀致密的不锈钢涂层，涂层与基体为冶金结合状态，避免了孔隙裂纹的产生，从而彻底阻隔了水分与基体的接触。目前，由于激光熔覆方法可制备性能更高、使用寿命更长的涂层，且对环境无污染，被认为是一种可替代前述三种技术的材料加工方法。但传统的激光熔覆速率较低，且熔覆后涂层粗糙度较大，还需要如车削等机械加工保证部件尺寸精确度，因此生产效率低下。同时传统的激光熔覆方法对金属粉末的利用率也较低。
发明内容
本发明针对传统激光熔覆方法熔覆速率低、熔覆后涂层表面平整度低的问题，采用同轴送粉式激光熔覆方式，通过精确控制粉末汇聚点(粉斑)和激光焦点（光斑）的位置，实现超高速率激光熔覆，并保证熔覆后涂层表面平整度。需要说明的是，本发明中的超高速是相对于现有的激光熔覆速度而言的，该超高速具体是指激光扫描线速度大于等于20m/min。
本发明技术方案的具体内容是：
该方法的步骤是：
（1）对不锈钢粉末筛分及净化处理，获得粒度范围为15～50μm、球形度大于90%的粉末，然后经过保温温度120～150℃、保温时间1.5～3.5h的烘干处理后真空封存，备用。
（2）设定超高速率激光熔覆的工艺参数，具体工艺是：光斑直径为1～3mm，立柱表面线速度即熔覆速率为20～75m/min，每转进给量0.2～0.4mm，激光功率为1100～1600KW，送粉速率为5～25g/min。
（3）将表面光洁无缺陷、直径小于成品直径0.2～0.6mm的立柱基体装夹在数控设备的回转机构上，并调整光斑和粉斑相对立柱基体待熔覆面的位置：要求光斑与粉斑重合，距待熔覆面0.5～2mm。
（4）采用同轴送粉超高速激光熔覆方法，使用步骤（2）所述的工艺将步骤（1）所得的不锈钢粉末熔覆到立柱基体表面，得到厚度为0.15～0.45mm的涂层。此时立柱直径大于成品直径0.1～0.3mm。
（5）保持立柱旋转线速度、每转进给量和激光焦点位置不变，将激光功率降低至800～1500KW，在不送粉条件下对熔覆涂层进行激光重熔，得到表面平滑光亮、无凹坑和裂纹的涂层。
本发明相对于传统激光熔覆方法的优势在于：熔覆速率高，可以显著提高生产效率；同时由于较大的搭接率，经过激光重熔后的涂层表面平整度高于传统的熔覆图层平整度，进一步提高生产效率并可以降低生产成本；传统激光熔覆的大部分能量被基体吸收而高速率激光熔覆的能量大部分被金属粉末吸收，因此稀释率低，涂层成分受基体材料影响更小，同时立柱基体温度梯度更小，变形量更小，有利于立柱后续的装配。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供了一种用于制造液压支架立柱的超高速率激光熔覆方法，该方法的步骤优选包括：
（1）对不锈钢粉末筛分及净化处理，获得符合要求的粉末后，然后经过烘干处理后真空封存，备用；
（2）设定超高速率激光熔覆的工艺参数，具体工艺是：光斑直径为1～3mm，立柱表面线速度即熔覆速率为20～75m/min，每转进给量0.2～0.4mm，激光功率为1100～1600KW，送粉速率为5～25g/min；
（3）将表面光洁无缺陷、直径小于成品直径0.2～0.6mm的立柱基体装夹在数控设备的回转机构上，并调整光斑（激光焦点）和粉斑（不锈钢粉末汇聚点）相对于立柱基体待熔覆面的位置；
（4）采用同轴送粉超高速激光熔覆方法，使用步骤（2）所述的工艺将步骤（1）所得的不锈钢粉末熔覆到立柱基体表面，得到厚度为0.10～0.45mm的涂层；此时立柱直径大于成品直径0.1～0.3mm；
（5）保持立柱旋转线速度、每转进给量和激光焦点位置不变，将激光功率降低至800～1500KW，在不送粉条件下对熔覆涂层进行激光重熔，得到表面平滑光亮、无凹坑和裂纹的涂层。
优选的，所述步骤（1）中，所述不锈钢粉末要求是粒度范围为15～50μm、球形度大于90%。
优选的，所述步骤（1）中，所述烘干处理的工艺是将粉末在120～150℃范围内保温1.5～3.5h后并随炉冷却至室温。
优选的，所述步骤（3）中，所述光斑和粉斑相对于立柱基体待熔覆面的位置要求光斑与粉斑在高于待熔覆面0.5～2mm的位置重合。
可以理解的是，本实施例中激光的少部分能量作用在基体表面形成较浅的熔池，激光大部分能量作用在基体上方的不锈钢粉末上；不锈钢粉末在进入熔池之前温度升至熔点并熔化，以液滴的形式与基体结合。与传统工艺相比，本发明的不锈钢粉末稀释率低，涂层成分受基体材料影响更小，并因此可以获得超高速的熔覆速率。
实施例2
本实施例提供了一种用于制造直径Φ45mm的液压支架活柱的超高速激光熔覆方法，活柱基体材料为27SiMn，包括以下工艺步骤：先用车床车削加工活柱基体，加工至小于成品直径0.4mm，然后用同轴送粉的超高速率激光熔覆方法在基体表面熔覆316L奥氏体不锈钢涂层，再使用激光重熔方法熔化涂层表面未完全熔化的粉末保证涂层表面粗糙度，最后精加工至规定尺寸和精度。其具体工艺步骤为：
（1）对不锈钢粉末筛分及净化处理，获得粒度范围为15～45μm、球形度大于90%的粉末，然后经过保温温度130℃、保温时间2h的烘干处理后真空封存，备用。
（2）设定超高速率激光熔覆的工艺参数，具体工艺是：光斑直径为1.2mm，立柱表面线速度即熔覆速率为50m/min，每转进给量0.25mm，激光功率为1500KW，送粉速率为20g/min。
（3）将表面光洁无油污、无缺陷、直径小于成品直径0.4mm的立柱基体装夹在数控机床上，并调整光斑和粉斑相对立柱基体待熔覆面的位置：使光斑与粉斑在高于待熔覆面1mm的位置重合。
（4）采用同轴送粉超高速激光熔覆方法，使用步骤（2）所述的工艺将步骤（1）所得的不锈钢粉末熔覆到立柱基体表面，得到厚度为0.35mm的耐腐蚀涂层。此时立柱直径大于成品直径0.3mm。
（5）不送粉，对熔覆涂层表面进行激光重熔，保持立柱旋转线速度50m/min、每转进给量0.25mm和激光焦点位置不变，将激光功率降低至1350KW对熔覆涂层进行激光重熔，得到表面平滑光亮、无凹坑和裂纹的涂层。此时带有不锈钢耐腐蚀涂层的液压支架活柱直径为Φ45.24mm。
本发明采用超高速率激光熔覆技术在活柱基体上制备耐腐蚀涂层，涂层未出现气孔、裂纹等缺陷，且制备精度高加工余量小，简化制造工艺流程。

Claims (4)

1.一种用于制造液压支架立柱的超高速率激光熔覆方法，其特征在于，该方法的步骤包括：
（1）对不锈钢粉末筛分及净化处理，获得符合要求的粉末后，然后经过烘干处理后真空封存，备用；
（2）设定超高速率激光熔覆的工艺参数，具体工艺是：光斑直径为1～3mm，立柱表面线速度即熔覆速率为20～75m/min，每转进给量0.2～0.4mm，激光功率为1100～1600KW，送粉速率为5～25g/min；
（3）将表面光洁无缺陷、直径小于成品直径0.2～0.6mm的立柱基体装夹在数控设备的回转机构上，并调整光斑（激光焦点）和粉斑（不锈钢粉末汇聚点）相对于立柱基体待熔覆面的位置；
（4）采用同轴送粉超高速激光熔覆方法，使用步骤（2）所述的工艺将步骤（1）所得的不锈钢粉末熔覆到立柱基体表面，得到厚度为0.10～0.45mm的涂层；此时立柱直径大于成品直径0.1～0.3mm；
（5）保持立柱旋转线速度、每转进给量和激光焦点位置不变，将激光功率降低至800～1500KW，在不送粉条件下对熔覆涂层进行激光重熔，得到表面平滑光亮、无凹坑和裂纹的涂层。
2.根据权利要求1所述的一种用于制造液压支架立柱的超高速率激光熔覆方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述不锈钢粉末要求是粒度范围为15～50μm、球形度大于90%。
3.根据权利要求1所述的一种用于制造液压支架立柱的超高速率激光熔覆方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述烘干处理的工艺是将粉末在120～150℃范围内保温1.5～3.5h后并随炉冷却至室温。
4.根据权利要求1所述的一种用于制造液压支架立柱的超高速率激光熔覆方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述光斑和粉斑相对于立柱基体待熔覆面的位置要求光斑与粉斑在高于待熔覆面0.5～2mm的位置重合。
CN201711406916.7A 2017-12-22 2017-12-22 一种用于制造液压支架立柱的超高速率激光熔覆方法 Pending CN108165979A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711406916.7A CN108165979A (zh) 2017-12-22 2017-12-22 一种用于制造液压支架立柱的超高速率激光熔覆方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711406916.7A CN108165979A (zh) 2017-12-22 2017-12-22 一种用于制造液压支架立柱的超高速率激光熔覆方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108165979A true CN108165979A (zh) 2018-06-15

Family

ID=62523611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711406916.7A Pending CN108165979A (zh) 2017-12-22 2017-12-22 一种用于制造液压支架立柱的超高速率激光熔覆方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108165979A (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108950540A (zh) * 2018-07-24 2018-12-07 亚琛联合科技（天津）有限公司 一种超高速激光熔覆与表面重熔的复合加工方法
CN108950545A (zh) * 2018-09-28 2018-12-07 亚琛联合科技（天津）有限公司 一种旋转光束超高速激光熔覆方法及装置
CN110484909A (zh) * 2019-08-19 2019-11-22 山东能源重装集团大族再制造有限公司 一种立柱的高速激光熔覆方法及立柱
CN111441050A (zh) * 2020-04-28 2020-07-24 苏州大学 激光超高速熔覆头、超高速熔覆***及熔覆方法
CN111519183A (zh) * 2020-04-28 2020-08-11 苏州大学 激光超高速熔覆头、超高速熔覆***及熔覆方法
CN113996795A (zh) * 2021-06-30 2022-02-01 南京中科煜宸激光技术有限公司 快速制备工件表面耐磨耐蚀涂层的复合工艺
CN114231972A (zh) * 2021-12-21 2022-03-25 安徽煜宸激光技术有限公司 一种在液压支架上激光熔覆制备耐腐蚀层的方法
CN114686873A (zh) * 2020-12-26 2022-07-01 天津中科玛斯特激光科技有限公司 一种宽带高速激光熔覆方法和***

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101338427A (zh) * 2008-08-07 2009-01-07 沈阳大陆激光成套设备有限公司 液压支架立柱缸筒、活塞杆耐磨抗蚀涂层的激光熔覆工艺
CN102133684A (zh) * 2010-11-25 2011-07-27 西北工业大学 一种大功率激光器超高速加工平台
CN102242361A (zh) * 2011-06-29 2011-11-16 山东能源机械集团大族再制造有限公司 用于矿用液压支架立柱的激光熔覆方法和矿用不锈钢液压立柱
CN102677045A (zh) * 2012-05-22 2012-09-19 山东能源机械集团大族再制造有限公司 一种激光熔覆方法
CN104141128A (zh) * 2014-07-02 2014-11-12 唐山市丰南区天泽科技有限公司 一种液压支架立柱的制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101338427A (zh) * 2008-08-07 2009-01-07 沈阳大陆激光成套设备有限公司 液压支架立柱缸筒、活塞杆耐磨抗蚀涂层的激光熔覆工艺
CN102133684A (zh) * 2010-11-25 2011-07-27 西北工业大学 一种大功率激光器超高速加工平台
CN102242361A (zh) * 2011-06-29 2011-11-16 山东能源机械集团大族再制造有限公司 用于矿用液压支架立柱的激光熔覆方法和矿用不锈钢液压立柱
WO2013000237A1 (zh) * 2011-06-29 2013-01-03 山东能源机械集团大族再制造有限公司 一种矿用不锈钢液压立柱及其加工方法
CN102677045A (zh) * 2012-05-22 2012-09-19 山东能源机械集团大族再制造有限公司 一种激光熔覆方法
EP2708621A1 (en) * 2012-05-22 2014-03-19 Shandong Energy Machinery Group Han's Remanufacturing Co. Ltd. Laser cladding method
CN104141128A (zh) * 2014-07-02 2014-11-12 唐山市丰南区天泽科技有限公司 一种液压支架立柱的制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
THOMAS SCHOPPHOVEN ET.AL: "Investigations on ultra-high-speed laser material deposition as alternative for hard chrome plating and thermal spraying", 《JOURNAL OF LASER APPLICATIONS》 *
李瑞峰等: "《非晶复合涂层大功率激光制备技术》", 31 January 2017 *
蒋秀娟等: "超高速激光熔覆技术：为中国绿色制造再添新动能", 《科技日报》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108950540A (zh) * 2018-07-24 2018-12-07 亚琛联合科技（天津）有限公司 一种超高速激光熔覆与表面重熔的复合加工方法
CN108950545A (zh) * 2018-09-28 2018-12-07 亚琛联合科技（天津）有限公司 一种旋转光束超高速激光熔覆方法及装置
CN108950545B (zh) * 2018-09-28 2019-09-27 亚琛联合科技（天津）有限公司 一种旋转光束超高速激光熔覆方法
CN110484909A (zh) * 2019-08-19 2019-11-22 山东能源重装集团大族再制造有限公司 一种立柱的高速激光熔覆方法及立柱
CN111441050A (zh) * 2020-04-28 2020-07-24 苏州大学 激光超高速熔覆头、超高速熔覆***及熔覆方法
CN111519183A (zh) * 2020-04-28 2020-08-11 苏州大学 激光超高速熔覆头、超高速熔覆***及熔覆方法
CN114686873A (zh) * 2020-12-26 2022-07-01 天津中科玛斯特激光科技有限公司 一种宽带高速激光熔覆方法和***
CN114686873B (zh) * 2020-12-26 2024-01-12 天津中科玛斯特激光科技有限公司 一种宽带高速激光熔覆方法和***
CN113996795A (zh) * 2021-06-30 2022-02-01 南京中科煜宸激光技术有限公司 快速制备工件表面耐磨耐蚀涂层的复合工艺
CN114231972A (zh) * 2021-12-21 2022-03-25 安徽煜宸激光技术有限公司 一种在液压支架上激光熔覆制备耐腐蚀层的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108165979A (zh) 一种用于制造液压支架立柱的超高速率激光熔覆方法
CN108165981A (zh) 一种超高速率激光熔覆制备奥氏体不锈钢耐蚀涂层的方法
CN108265287A (zh) 一种修复液压支架立柱的方法
CN108220952A (zh) 一种采用超高速率激光熔覆方法制造的液压支架立柱
CN108165982A (zh) 一种超高速率激光熔覆制备镍基耐磨耐蚀涂层的方法
CN111676477B (zh) 一种超高速激光-感应复合熔覆方法及装置
CN103255412B (zh) 一种用于轧辊工作面的激光熔覆高硬度材料的工艺方法
CN102409338B (zh) 一种同波长双光束窄斑激光快速熔覆的方法
CN108103498A (zh) 一种超高速激光熔覆工艺
CN108165978A (zh) 一种采用超高速激光熔覆技术修复核电海水泵轴的方法
CN108220951A (zh) 一种超高速激光熔覆***
CN102453903A (zh) 在连铸辊表面制备抗热耐磨合金涂层的方法
CN108559989A (zh) 一种用于制造抽油杆的方法
CN108559988A (zh) 一种采用超高速率激光熔覆方法制造的抽油杆
CN103820780A (zh) 轧辊表面耐磨涂层的制备方法
CN110923700A (zh) 一种钢表面涂层、制备方法及装置
CN109207905B (zh) 基于扫描振镜的激光氮化分区制备钛合金叶片防水蚀层的方法及装置
CN103194749A (zh) 一种制备输送辊道表面抗热耐磨合金涂层的方法
AU2019101477A4 (en) Ultra-high-speed laser cladding process
CN108559991A (zh) 一种修复抽油杆的方法
CN108118334A (zh) 一种超高速率激光熔覆制备钴基耐磨耐蚀涂层的方法
CN104593785A (zh) 一种钢制汽车配件热锻模表面强化方法
CN102453895A (zh) 热轧板材精轧输送辊表面抗热耐磨合金涂层的制备方法
CN113337815A (zh) 一种基于高速激光熔覆法制备双尺度铁基复合梯度涂层的方法
CN111005022A (zh) 利用三激光协同制备铍青铜铜辊表面高硬度铁基涂层的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180615

RJ01 Rejection of invention patent application after publication