一種采用浸涂預(yù)置粉末進(jìn)行激光表面處理的方法
【專(zhuān)利摘要】一種采用浸涂預(yù)置粉末進(jìn)行激光表面處理的方法。其特征是步驟如下：①將金屬基體用機(jī)械打磨除銹，丙酮擦拭除油；②將蟲(chóng)膠的酒精飽和溶液、粒度為+0.5~-150μm的粉末和酒精，按照質(zhì)量比5~10∶20~70∶20~75混合，并攪拌均勻；③將金屬基體浸泡到混合物中，并停留1~5秒，取出后自然干燥；④重復(fù)步驟③，直至金屬基體表面形成需要的粉末厚度；⑤將CO2激光器功率調(diào)至2000~7000W，激光束寬度為1~10mm，激光熔覆速度為100~5000mm/min，進(jìn)行激光表面掃描。本發(fā)明的方法可以方便地在基體表面形成均勻涂覆、厚度方便可控的粉末層，經(jīng)激光處理得到激光強(qiáng)化層。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種采用浸涂預(yù)置粉末進(jìn)行激光表面處理的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光表面處理的方法，具體說(shuō)是在金屬基體表面采用涂敷預(yù)置粉末進(jìn)行激光表面淬火、合金化和熔覆處理的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光表面處理技術(shù)是以高能量密度的激光束為熱源，照射基材表面達(dá)到快速熔化狀態(tài)，隨后重新冷卻時(shí)形成新的相結(jié)構(gòu)，或與新添加的材料成分(粉末或絲材)形成新的合金組織，它的特點(diǎn)是可以形成較薄的表面處理層(0.f 2mm)，處理層與基體結(jié)合緊密，形成冶金結(jié)合，稀釋率低? 5%)，是一種先進(jìn)的表面處理技術(shù)，在工程上得到廣泛的應(yīng)用。
[0003]激光表面處理技術(shù)常常采用粉末作為原材料，這是由于粉末種類(lèi)多樣，所有材料幾乎都可以制成粉末被采用，其中包括金屬、合金、陶瓷、金屬陶瓷等，甚至是一些自然界中不存在的結(jié)構(gòu)材料，所以研究如何將粉末材料加入到激光熔池就成為激光表面處理技術(shù)的關(guān)鍵工藝。
[0004]激光表面處理技術(shù)一般采用同軸送粉或表面預(yù)置的方法添加粉末，同軸送粉方式由于粉末利用率低、送粉頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜難以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作等因素，一般常用在局部表面的短時(shí)間激光處理上；表面預(yù)置是通過(guò)一定工藝將粉末預(yù)先置于基體表面，隨后再進(jìn)行激光處理，常用的工藝有噴涂、熱噴涂、電鍍/化學(xué)鍍、壓片預(yù)置、擠壓預(yù)置等方法，這些方法在使用過(guò)程中有一定的適用范圍和局限性。
[0005]類(lèi)似于噴漆方法，噴涂預(yù)置方法是將粉末分散于有機(jī)溶劑中，利用壓縮空氣噴出，干燥后形成一定厚度的粉末層，雖然實(shí)施方便，但僅局限于顆粒較小的粉末，大顆粒噴涂時(shí)容易造成粉末粒子反彈，增大浪費(fèi)和環(huán)境污染，并對(duì)于較厚預(yù)置層噴涂時(shí)容易出現(xiàn)分層和掉皮的現(xiàn)象，而且噴涂過(guò)程由操作人員的經(jīng)驗(yàn)決定，對(duì)噴涂層厚度不易實(shí)現(xiàn)有效控制，預(yù)置層的厚度很難控制均勻。
[0006]熱噴涂預(yù)置方法是采用各種熱噴涂方法(如火焰噴涂、等離子噴涂、電弧噴涂、超音速噴涂等)，將材料熔化冷卻形成機(jī)械結(jié)合的覆蓋層，材料的利用率低于50%，工藝成本很高，并且噴涂材料的種類(lèi)受制于噴涂方法本身對(duì)材料的限制，因此使用受到一定的限制。
[0007]電鍍/化學(xué)鍍方法是采用電鍍/化學(xué)鍍將鍍液中的金屬/合金成分通過(guò)化學(xué)反應(yīng)沉積在基體表面上，一般沉積的是金屬或簡(jiǎn)單合金，成本也較高，使用過(guò)程中受到很大的限制，僅局限于薄層與打底層的預(yù)置。
[0008]CN200710135477公布了“以壓片法預(yù)置粉末進(jìn)行激光熔覆得到涂層的方法”，它主要采用壓片模具，在壓力設(shè)備上對(duì)粉末進(jìn)行壓制，使粉末成片狀或環(huán)狀壓置于需進(jìn)行涂層處理的基材表面上，然后置于激光加工設(shè)備中進(jìn)行激光熔融，這種方法需要專(zhuān)門(mén)的壓力設(shè)備，需要加工專(zhuān)用形狀的模具，對(duì)于平面的形狀比較方便，而對(duì)于其他形狀或不規(guī)則形狀的工件則適用性不廣。
[0009]CN201210097330公布了“以擠壓法預(yù)置粉末進(jìn)行激光熔覆得到復(fù)合涂層的方法”，它用配制好的粘接劑溶液將待熔覆粉末材料均勻混合成糊狀或膏狀，然后以擠壓方式將其預(yù)置在基體材料表面，然后進(jìn)行激光熔覆，這種方法難于控制擠壓層的厚度，仍需要專(zhuān)用的擠壓設(shè)備進(jìn)行，對(duì)于復(fù)雜的零件存在難以施涂的問(wèn)題。
[0010]因此開(kāi)發(fā)一種粉末利用率高、成本低廉、適合于較大面積、不規(guī)則形狀，并且能夠施涂方便、均勻成型、厚度可控的粉末預(yù)置方法和激光表面處理工藝就顯得非常必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種用于激光表面處理的粉末預(yù)置、激光表面處理的方法，可以方便地在基體表面形成均勻涂覆、厚度方便可控的粉末層，經(jīng)激光處理得到激光強(qiáng)化層。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:①將金屬基體用機(jī)械打磨除銹,丙酮擦拭除油將蟲(chóng)膠的酒精飽和溶液、粒度為+0.5~-150 μ m的粉末和酒精，按照質(zhì)量比5~10: 20^70: 20^75混合，并攪拌均勻?qū)⒔饘倩w浸泡到混合物中，并停留I飛秒，取出后自然干燥；④重復(fù)步驟③，直至金屬基體表面形成需要的粉末厚度；⑤將CO2激光器功率調(diào)至200(T7000W，激光束寬度為f 10mm，激光熔覆速度為10(T5000mm/min，進(jìn)行激光表面掃描。
[0013]本發(fā)明所述的粉末可以是規(guī)則或不規(guī)則形狀金屬粉末、合金粉末、陶瓷粉末或金屬與陶瓷粉末的混合物。
[0014]本發(fā)明的特點(diǎn)是利用液體的表面張力，浸涂過(guò)程中將帶有粉末顆粒的混合物均勻分布于基體表面，通過(guò)粉末 顆粒、組分配比、浸入時(shí)間和浸入次數(shù)等即可方便地控制粉末的成型厚度，方便實(shí)用，可靠性高。
[0015]經(jīng)過(guò)激光淬火、激光合金化和激光熔覆試驗(yàn)，該發(fā)明預(yù)置的不同厚度的粉末層應(yīng)用于激光表面處理工藝，厚度均勻，實(shí)施方便，得到了沒(méi)有缺陷的激光強(qiáng)化層。
[0016]該方法施工方便、成本低廉、粉末利用率高，適合于較大面積、不規(guī)則形狀、成批工件的粉末預(yù)置。預(yù)置層與基體的結(jié)合比較緊密，經(jīng)過(guò)激光表面處理后，可以形成富含預(yù)置層合金元素的強(qiáng)化區(qū)域，強(qiáng)化層沒(méi)有裂紋、氣孔等缺陷，與基體結(jié)合力強(qiáng)，形成冶金結(jié)合，在不改變基體基本性能的條件下，賦予表面特殊的性能，如耐磨、抗熱裂、耐高溫等特性。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為實(shí)施例3的激光強(qiáng)化層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中:1.激光熔覆層2.基體。
【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例1
分別稱取5克蟲(chóng)膠的酒精飽和溶液，30克I μ m的SiO2粉，65克酒精，在燒杯中混合均勻，將50 X 50 X IOmm鋼板試樣浸入燒杯，保持I秒鐘，取出平置自然干燥后，厚度為0.05mm,重復(fù)兩次，粉末總厚度為0.10mm。
[0020]CO2激光器功率為3500W，激光束寬度為2.0mm,激光熔覆速度為3000mm/min，搭接
率 10% O
[0021]實(shí)施例2
分別稱取7克蟲(chóng)膠的酒精飽和溶液，40克-10 μ m的Cr粉，53克工業(yè)酒精，在燒杯中混合均勻，將50 X 50 X IOmm鋼板試樣浸入燒杯，保持3秒鐘，取出平置自然干燥后，厚度為
0.1mm,重復(fù)三次，粉末總厚度為0.30mm。CO2激光器功率為5000W，激光束寬度為10.0mm,激光熔覆速度為1000mm/min，搭接率20%
實(shí)施例3
分別稱取10克蟲(chóng)膠的酒精飽和溶液，70克-150μπι的Fe35粉末，20克工業(yè)酒精，在燒杯中混合均勻，將50X50X IOmm鋼板試樣浸入燒杯，保持5秒鐘，取出平置自然干燥后，厚度為0.2mm,重復(fù)三次，粉末總厚度為0.60mm。CO2激光器功率為5000W，激光束寬度為 5.0mm，激光熔覆速度為500mm/min，搭接率30%。
【權(quán)利要求】
1.一種采用浸涂預(yù)置粉末進(jìn)行激光表面處理的方法，其特征是步驟如下:①將金屬基體用機(jī)械打磨除銹，丙酮擦拭除油；②將蟲(chóng)膠的酒精飽和溶液、粒度為+0.5^-150 μ m的粉末和酒精，按照質(zhì)量比5~10: 20-70: 20-75混合，并攪拌均勻；③將金屬基體浸泡到混合物中，并停留I飛秒，取出后自然干燥；④重復(fù)步驟③，直至金屬基體表面形成需要的粉末厚度；⑤將CO2激光器功率調(diào)至200(T7000W，激光束寬度為f 10mm，激光熔覆速度為100^5000mm/min,進(jìn)行激光表面掃描。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光表面處理的方法，其特征是規(guī)則或不規(guī)則形狀的金屬粉末、合金粉末、陶瓷粉末或金屬與陶瓷粉末的混合。
【文檔編號(hào)】C21D1/09GK103726047SQ201310729571
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】李福海, 陳興馳, 佟鑫, 馬文有 申請(qǐng)人:廣州有色金屬研究院