一種用于活塞表面的激光熔覆方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于活塞表面的激光熔覆方法，其步驟包括：a）對(duì)活塞表面進(jìn)行預(yù)處理；b）預(yù)制合金粉末；c）通過對(duì)活塞套運(yùn)動(dòng)方向的研究，判斷其受力方向，采用同軸送粉的方式使用激光器按照其受力方向進(jìn)行激光熔覆，并對(duì)激光熔覆區(qū)域進(jìn)行惰性氣體保護(hù)；d）后續(xù)處理，對(duì)激光熔覆后的活塞進(jìn)行后期機(jī)加工。本發(fā)明通過使粉末與基體材料的均勻混合，使活塞表面具有較強(qiáng)的強(qiáng)度、耐熱性、耐磨性、硬度以及抗腐蝕性能，大大增加了活塞的使用壽命。
【專利說明】一種用于活塞表面的激光熔覆方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一種用于活塞表面的激光熔覆方法，屬于通過添加合金粉末，使用激光熔覆增加金屬表面性能的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]激光具有高亮度、高方向性、高單色性、高相干性的特點(diǎn)，現(xiàn)在正被越來越多的領(lǐng)域所使用，激光熔覆就是表面處理技術(shù)中的一種。概括的說，激光熔覆的原理就是利用高能激光束照射金屬材料表面，基材表面被迅速融化，液態(tài)的金屬形成一個(gè)小規(guī)模的熔池，同時(shí)填注新的粉末材料，在這個(gè)熔池中，原本的金屬材料與被添加的粉末相互混合，形成一層新的液態(tài)金屬層。待激光光束經(jīng)過以后，液態(tài)金屬層迅速冷卻由此在金屬表面形成一層固態(tài)的熔覆層。激光熔覆可及大的改變?cè)撽P(guān)鍵部位的金屬性能，如硬度、耐磨性、耐熱性、抗腐蝕性等。
[0003]活塞由于在高溫、高壓、高速、潤(rùn)滑不良的條件下工作，與高溫氣體直接接觸。所以受熱嚴(yán)重，但其散熱條件差，所以活塞功過是溫度很高，且溫度分布很不均勻；活塞頂部承受氣體壓力很大，特別是作功行程壓力最大，這就使得活塞產(chǎn)生沖擊，并承受側(cè)壓力的作用；活塞在氣缸內(nèi)以很高的速度往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且速度在不斷地變化，這就產(chǎn)生了很大的慣性力，使得活塞受到很大的附加載荷?；钊谶@種惡劣的條件下工作，會(huì)產(chǎn)生變形并加速磨損，還會(huì)產(chǎn)生附加載荷和熱應(yīng)力，同時(shí)受到燃?xì)獾幕瘜W(xué)腐蝕作用。。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種用于活塞表面的激光熔覆方法，通過使粉末與基體材料的均勻混合，使活塞表面具有較強(qiáng)的強(qiáng)度、耐熱性、耐磨性、硬度以及抗腐蝕性能，大大增加了活塞的使用壽命。
`[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:一種用于活塞表面的激光熔覆方法，包括:
a.對(duì)活塞表面進(jìn)行預(yù)處理；
b.預(yù)制合金粉末；
c.通過對(duì)活塞運(yùn)動(dòng)方向的研究，發(fā)現(xiàn)活塞外壁與缸套內(nèi)壁不斷摩擦，產(chǎn)生巨大的摩擦力，其摩擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向相同，采用同軸送粉的方式使用激光器按照其受力方向?qū)钊獗谶M(jìn)行激光熔覆，激光行走方式采用往復(fù)直線運(yùn)行方式并在熔覆過程中對(duì)激光熔覆區(qū)域進(jìn)行惰性氣體保護(hù)；
d.后續(xù)處理，對(duì)熔覆后的活塞表面進(jìn)行后期機(jī)加工。
[0006]上述的步驟b方法中所用到的粉末為鈷基合金粉末，其成分按重量百分比為10-11% 碳化硅，0.1-0.3% 碳，3-4% 氟化鈣，4-6% 氮化硅，4-5% 硼，3-5% 硅，1-1.3% 釩，3-6%鐵，16-20%鑰，15-17%鉻，余量為鈷基，以上材料均為100-200目的金屬合金粉末。
[0007]上述的激光器為光纖激光器，激光波長(zhǎng)為1.06 μ m,輸出功率3000W,運(yùn)行速度為5-12mm/s，掃描寬度為3_5mm，送粉速度為40_50g/min，激光與活塞表面的交角為82。-86。。
[0008]上述的激光器為二氧化碳激光器，激光波長(zhǎng)為10.6 μ m,輸出功率4000W,運(yùn)行速度為5-12mm/s，掃描寬度為3_5mm，送粉速度為40_50g/min，激光與活塞表面的交角為
82。-86。。
[0009]上述的熔覆層厚度為0.5-5mm。
[0010]上述的步驟c中的惰性氣體為氮?dú)?、氬氣或者氦氣?br> [0011]上述的步驟d中后續(xù)處理包括對(duì)工件尺寸或者表面精度未符合設(shè)計(jì)要求的部位進(jìn)行后期機(jī)加工。
[0012]上述的步驟a中的預(yù)處理包括除去活塞表面銹跡、油污及雜質(zhì)等。
[0013]采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明的有益效果是:
I)通過本發(fā)明激光熔覆后的熔覆層，具有良好的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，無縮孔、氣泡、裂紋等缺陷。
[0014]2)使活塞表面具有較強(qiáng)的強(qiáng)度、耐熱性、耐磨性、硬度以及抗腐蝕性能，使用壽命大大增加，是之前的2-3倍。
[0015]3 )通過本發(fā)明，大大降低了生產(chǎn)成本，提高工作效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
`[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0017]圖1為活塞運(yùn)動(dòng)方向圖；
圖2為激光熔覆激光光速行走方式圖；
圖中標(biāo)號(hào)為A活塞運(yùn)動(dòng)方向。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明:
實(shí)施例1
一種用于活塞表面的激光熔覆方法，包括:
a.對(duì)活塞表面進(jìn)行預(yù)處理，包括除去活塞表面的銹跡、油污及雜質(zhì)。其中，除去銹跡的方式可以采用化學(xué)方式進(jìn)行消除；
b.預(yù)制金屬合金粉末，粉末為鈷基合金粉末，其成分按重量百分比為:10%碳化硅，
0.1%碳，3%氟化鈣，4%氮化娃，4%硼，3%娃，1%釩，3%鐵，16%鑰，15%鉻，余量為鈷基，以上材料均為100-200目的金屬合金粉末；
c.通過對(duì)活塞運(yùn)動(dòng)方向的研究，發(fā)現(xiàn)活塞外壁與缸套內(nèi)壁不斷摩擦，其受力方向與運(yùn)動(dòng)方向相同(如圖1 )，采用同軸送粉方式使用光纖激光器按照其受力方向?qū)钊獗谶M(jìn)行激光熔覆，激光行走方式采用往復(fù)直線運(yùn)行方式(如圖2)，激光波長(zhǎng)為1.06 μ m，輸出功率為3000W，運(yùn)行速度為5mm/s，掃描寬度為3mm，送粉速度為40g/min，激光與活塞表面的交角為82°。并在熔覆過程中對(duì)激光熔覆區(qū)域進(jìn)行氮?dú)獗Ｗo(hù)，熔覆層的厚度為0.5_;
d.后續(xù)處理，對(duì)熔覆后的活塞進(jìn)行后期機(jī)加工，包括對(duì)工件尺寸外形或表面精度未符合設(shè)計(jì)要求的部位進(jìn)行后期機(jī)加工。[0019]通過金相分析，發(fā)現(xiàn)熔覆之后的活塞表面，其硬度值明顯提高，耐熱性能好，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)致密，無氣孔、氣泡、裂紋等缺陷。
[0020]通過與熔覆之前的活塞進(jìn)行比對(duì):
活塞熔覆前，硬度(HRC)為30，耐熱性一般；
活塞熔覆后，硬度(HRC)為44，耐熱性好。
[0021]實(shí)施例2
一種用于活塞表面的激光熔覆方法，包括:
a.對(duì)活塞表面進(jìn)行預(yù)處理，包括除去活塞表面的銹跡、油污及雜質(zhì)。其中，除去銹跡的方式可以采用化學(xué)方式進(jìn)行消除；
b.預(yù)制金屬合金粉末，粉末為鈷基合金粉末，其成分按重量百分比為:11%碳化硅，
0.3%碳，4%氟化鈣，6%氮化娃，5%硼，5%娃，1.3%銀，6%鐵，20%鑰，17%鉻，余量為鈷基，以上材料均為100-200目的金屬合金粉末；
c.通過對(duì)活塞運(yùn)動(dòng)方向的研究，發(fā)現(xiàn)活塞外壁與缸套內(nèi)壁不斷摩擦，其受力方向與運(yùn)動(dòng)方向相同(如圖1)，采用同軸送粉方式使用二氧化碳激光器按照其受力方向?qū)钊獗谶M(jìn)行激光熔覆，激光行走方式采用往復(fù)直線運(yùn)行方式(如圖2)，激光波長(zhǎng)為10.6 μ m，輸出功率為4000W，運(yùn)行速度為12mm/s，掃描寬度為5mm，送粉速度為50g/min，激光與活塞表面的交角為86°。并在熔覆過程中對(duì)激光熔覆區(qū)域進(jìn)行氮?dú)獗Ｗo(hù)，熔覆層的厚度為5mm;
d.后續(xù)處理，對(duì)熔覆后的活塞進(jìn)行后期機(jī)加工，包括對(duì)工件尺寸外形或表面精度未符合設(shè)計(jì)要求的部位進(jìn)行后期機(jī)加`工。
[0022]通過金相分析，發(fā)現(xiàn)熔覆之后的活塞表面，其硬度值明顯提高，耐熱性能好，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)致密，無氣孔、氣泡、裂紋等缺陷。
[0023]任何技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍之內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變的技術(shù)方案都應(yīng)該落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于活塞表面的激光熔覆方法，包括: a、對(duì)活塞表面進(jìn)行預(yù)處理； b、預(yù)制合金粉末； C、通過對(duì)活塞運(yùn)動(dòng)方向的研究，發(fā)現(xiàn)活塞外壁與缸套內(nèi)壁不斷摩擦，產(chǎn)生巨大的摩擦力，其摩擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向相同，采用同軸送粉的方式使用激光器按照其受力方向?qū)钊獗谶M(jìn)行激光熔覆，激光行走方式采用往復(fù)直線運(yùn)行方式并在熔覆過程中對(duì)激光熔覆區(qū)域進(jìn)行惰性氣體保護(hù)； d、后續(xù)處理，對(duì)熔覆后的活塞表面進(jìn)行后期機(jī)加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于活塞表面的激光熔覆方法，其特征在于:所述的步驟b方法中所用到的粉末為鈷基合金粉末，其成分按重量百分比為10-11%碳化硅，0.1-0.3% 碳，3-4% 氟化鈣，4-6% 氮化硅，4-5% 硼，3-5% 硅，1-1.3% 釩，3-6% 鐵，16-20% 鑰，15-17%鉻，余量為鈷基，以上材料均為100-200目的金屬合金粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于活塞表面的激光熔覆方法，其特征在于:所述的激光器為光纖激光器，激光波長(zhǎng)為1.06 μ m,輸出功率3000W,運(yùn)行速度為5_12mm/s,掃描寬度為3-5mm，送粉速度為40-50g/min，激光與活塞表面的交角為82° -86°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于活塞表面的激光熔覆方法，其特征在于:所述的激光器為二氧化碳激光器，激光波長(zhǎng)為10.6 μ m,輸出功率4000W,運(yùn)行速度為5_12mm/s,掃描寬度為3-5mm，送粉速度為40 -50g/min，激光與活塞表面的交角為82° -86°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 一種用于活塞表面的激光熔覆方法，其特征在于:所述的熔覆層厚度為0.5-5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于活塞表面的激光熔覆方法，其特征在于:所述的步驟c中的惰性氣體為氮?dú)?、氬氣或者氦氣?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于活塞表面的激光熔覆方法，其特征在于:所述的步驟d中后續(xù)處理包括對(duì)工件尺寸或者表面精度未符合設(shè)計(jì)要求的部位進(jìn)行后期機(jī)加工。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于活塞表面的激光熔覆方法，其特征在于:所述的步驟a中的預(yù)處理包括除去活塞表面銹跡、油污及雜質(zhì)等。
【文檔編號(hào)】C23C24/10GK103498147SQ201310396986
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】季永清 申請(qǐng)人:江蘇翌煜能源科技發(fā)展有限公司