一种抗冲击高硬度激光熔覆层的一次熔覆制备方法

技术领域

本发明涉及表面工程技术领域，特别涉及一种抗冲击高硬度激光熔覆层的一次熔覆制备方法。

背景技术

高硬度激光熔覆层是制备高硬度、高耐磨衬板的关键。利用激光熔覆技术，可以通过在合金粉末中添加耐磨硬质相，进而制得具有高硬度和优异耐磨性能的合金熔覆层。但是，硬度与抗冲击性能往往是一对矛盾体，硬度过高，但是抗冲击性能下降明显。在很多工况场合，既要求熔覆合金层具有高的硬度，同时也要求其具有优良的抗冲击性能。如何解决这对矛盾体，成为工程实际中，激光应用工程师重点关注的问题之一。实践中，工程技术人员提出了在基材与高硬度熔覆层之间先熔覆一层过渡层，进而既保证了熔覆层的高硬度，又提高了熔覆层的抗冲击性能。但是，这一工艺过程由于需要进行两次激光熔覆，相比较堆焊、喷焊、等离子焊等传统工艺，激光熔覆技术的效率本身就很低，该工艺更将明显降低生产效率，进而提高了产品制造成本，在实践中无法大规模推广应用。

发明内容

基于此，本发明提供一种抗冲击高硬度激光熔覆层的一次熔覆制备方法，仅需要进行一次激光熔覆，即达到满足熔覆层高硬度要求的同时显著提高熔覆合金层的冲击性能，其特征在于，按重量百分比计，所述外层用合金粉末的质量百分比组成为：

Mo：3.8%~4.2%，B：0.8%~1.1%，Cr：16%~18%，C：0.3%~0.6%，Si：1.0%~2.0%，Cr3C2：8.5%~9.5%，余量为Fe。

按重量百分比计，所述里层用合金粉末的质量百分比组成为：

Mo：3.8%~4.2%，B：0.8%~1.1%，Cr：16%~18%，C：0.3%~0.6%，Si：1.0%~2.0%，余量为Fe。

所述里层和外层用合金粉末各组分为纯度大于99.9%的粉末，粒度为135~325目。

一种抗冲击高硬度激光熔覆层的一次熔覆制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：

（1）采用工业酒精清洗基材待熔覆表面，去除油污等杂质；

（2）将基材装卡于激光数控加工机床上，基材表面涂抹墨汁，晾干；

（3）采用重力送粉方式预置合金粉末，配制两套重力送粉系统，两套重力送粉管分前后布置，间距20mm；

（4）第一套重力送粉系统输送里层用合金粉末，合金粉末预置厚度0.5~0.8mm，第二套重力送粉系统输送外层用合金粉末。随着激光头的移动，第二套重力送粉系统输送的外层用合金粉末覆盖在已经预置的里层用合金粉末上，外层用合金粉末预置厚度为1.5~1.8mm，在基材表面预置的里层加外层合金粉末厚度总计为2.2~2.4mm；

（5）通过直输式半导体激光器扫描预置的合金粉末，进行激光熔覆，得到熔覆层，熔覆层厚度1.8~2.0mm；

（6）对熔覆层进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷；

（7）对探伤检验合格的熔覆层进行磨削加工，单边磨削量为0.3~0.5mm。

优选的，所述的一种抗冲击高硬度激光熔覆层的一次熔覆制备方法，其特征在于，所述激光熔覆的工艺参数如下：激光功率为：3.8~4.0 KW，矩形光斑为：2×14 mm，搭接率为：20~30%，扫描速度为：350~450 mm/min。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的有益效果：

生产效率高，以前的工艺完成同样的熔覆层制备，必须熔覆过渡层，然后熔覆高硬度层，本申请仅一次熔覆就可达到即具有良好的耐冲击和较高的硬度，减少了基材变形。对于很多铸铁类、半钢类基材，传统的熔覆过渡层，提高硬层方法，均需要二次熔覆，而这些高碳高铬基材二次过光极易导致基材开裂。本申请完全避免了这些问题。

同时，由于里层与外层合金粉末间属于同一系列，区别只是在是否添加硬质强化相，两者的冶金结合性能优异，不易产生裂纹等缺陷。

采用本申请方法一次熔覆制备的熔覆层，在保证高硬度的同时具有优良的抗冲击性能，生产效率高，适合大规模推广，具有显著的经济效益。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1：

配制外层用合金粉末，其质量百分比组成为：Mo：3.8%，B：0.8%，Cr：16%，C：0.3%，Si：1.0%，Cr3C2：8.5%，余量为Fe。配制里层用合金粉末，按重量百分比计，所述里层用合金粉末的质量百分比组成为：Mo：3.8%~4.2%，B：0.8%，Cr：16%，C：0.3%，Si：1.0%，余量为Fe。所述里层和外层用合金粉末各组分为纯度大于99.9%的粉末，粒度为135~325目。

一种抗冲击高硬度激光熔覆层的一次熔覆制备方法，还包括以下步骤：

（1）采用工业酒精清洗基材待熔覆表面，去除油污等杂质；

（2）将基材装卡于激光数控加工机床上，基材表面涂抹墨汁，晾干；

（3）采用重力送粉方式预置合金粉末，配制两套重力送粉系统，两套重力送粉管分前后布置，间距20mm；

（4）第一套重力送粉系统输送里层用合金粉末，合金粉末预置厚度0.5mm，第二套重力送粉系统输送外层用合金粉末。随着激光头的移动，第二套重力送粉系统输送的外层用合金粉末覆盖在已经预置的里层用合金粉末上，外层用合金粉末预置厚度为1.7mm，在基材表面预置的里层加外层合金粉末厚度总计为2.2mm；

（5）通过直输式半导体激光器扫描预置的合金粉末，进行激光熔覆，所述激光熔覆的工艺参数如下：激光功率为：3.8 KW，矩形光斑为：2×14 mm，搭接率为：20%，扫描速度为：350mm/min，得到熔覆层，熔覆层厚度1.8mm；

（6）对熔覆层进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷；

（7）对探伤检验合格的熔覆层进行磨削加工，单边磨削量为0.3mm。

实施例2：

配制外层用合金粉末，其质量百分比组成为：Mo：3.8%~4.2%，B： 1.1%，Cr：18%，C：0.6%，Si：2.0%，Cr3C2：9.5%，余量为Fe。配制里层用合金粉末，按重量百分比计，所述里层用合金粉末的质量百分比组成为：Mo：4.2%，B：1.1%，Cr：18%，C：0.6%，Si：2.0%，余量为Fe。所述里层和外层用合金粉末各组分为纯度大于99.9%的粉末，粒度为135~325目。

一种抗冲击高硬度激光熔覆层的一次熔覆制备方法，还包括以下步骤：

（1）采用工业酒精清洗基材待熔覆表面，去除油污等杂质；

（2）将基材装卡于激光数控加工机床上，基材表面涂抹墨汁，晾干；

（3）采用重力送粉方式预置合金粉末，配制两套重力送粉系统，两套重力送粉管分前后布置，间距20mm；

（4）第一套重力送粉系统输送里层用合金粉末，合金粉末预置厚度0.8mm，第二套重力送粉系统输送外层用合金粉末。随着激光头的移动，第二套重力送粉系统输送的外层用合金粉末覆盖在已经预置的里层用合金粉末上，外层用合金粉末预置厚度为1.6mm，在基材表面预置的里层加外层合金粉末厚度总计为2.4mm；

（5）通过直输式半导体激光器扫描预置的合金粉末，进行激光熔覆，所述激光熔覆的工艺参数如下：激光功率为：4.0 KW，矩形光斑为：2×14 mm，搭接率为：30%，扫描速度为： 450mm/min，得到熔覆层，熔覆层厚度2.0mm；

（6）对熔覆层进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷；

（7）对探伤检验合格的熔覆层进行磨削加工，单边磨削量为0.4mm。

实施例3：

配制外层用合金粉末，其质量百分比组成为：Mo：3.9%，B：1.1%，Cr：18%，C：0.5%，Si：1.0%，Cr3C2：8.5%，余量为Fe。配制里层用合金粉末，按重量百分比计，所述里层用合金粉末的质量百分比组成为：Mo：4.2%，B： 1.1%，Cr：18%，C：0.6%，Si：2.0%，余量为Fe。所述里层和外层用合金粉末各组分为纯度大于99.9%的粉末，粒度为135~325目。

一种抗冲击高硬度激光熔覆层的一次熔覆制备方法，还包括以下步骤：

（1）采用工业酒精清洗基材待熔覆表面，去除油污等杂质；

（2）将基材装卡于激光数控加工机床上，基材表面涂抹墨汁，晾干；

（3）采用重力送粉方式预置合金粉末，配制两套重力送粉系统，两套重力送粉管分前后布置，间距20mm；

（4）第一套重力送粉系统输送里层用合金粉末，合金粉末预置厚度0.6mm，第二套重力送粉系统输送外层用合金粉末。随着激光头的移动，第二套重力送粉系统输送的外层用合金粉末覆盖在已经预置的里层用合金粉末上，外层用合金粉末预置厚度为1.8mm，在基材表面预置的里层加外层合金粉末厚度总计为2.4mm；

（5）通过直输式半导体激光器扫描预置的合金粉末，进行激光熔覆，所述激光熔覆的工艺参数如下：激光功率为： 4.0 KW，矩形光斑为：2×14 mm，搭接率为：30%，扫描速度为：450mm/min，得到熔覆层，熔覆层厚度2.0mm；

（6）对熔覆层进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷；

（7）对探伤检验合格的熔覆层进行磨削加工，单边磨削量为0.5mm。

实施例4：

配制外层用合金粉末，其质量百分比组成为：Mo：3.8%，B：0.8%，Cr：17%，C： 0.6%，Si：2.0%，Cr3C2：9.5%，余量为Fe。配制里层用合金粉末，按重量百分比计，所述里层用合金粉末的质量百分比组成为：Mo：3.8%，B：0.8%，Cr：16%，C：0.5%，Si：1.0%，余量为Fe。所述里层和外层用合金粉末各组分为纯度大于99.9%的粉末，粒度为135~325目。

一种抗冲击高硬度激光熔覆层的一次熔覆制备方法，还包括以下步骤：

（1）采用工业酒精清洗基材待熔覆表面，去除油污等杂质；

（2）将基材装卡于激光数控加工机床上，基材表面涂抹墨汁，晾干；

（3）采用重力送粉方式预置合金粉末，配制两套重力送粉系统，两套重力送粉管分前后布置，间距20mm；

（4）第一套重力送粉系统输送里层用合金粉末，合金粉末预置厚度0.5mm，第二套重力送粉系统输送外层用合金粉末。随着激光头的移动，第二套重力送粉系统输送的外层用合金粉末覆盖在已经预置的里层用合金粉末上，外层用合金粉末预置厚度为1.7mm，在基材表面预置的里层加外层合金粉末厚度总计为2.2mm；

（5）通过直输式半导体激光器扫描预置的合金粉末，进行激光熔覆，所述激光熔覆的工艺参数如下：激光功率为：3.8KW，矩形光斑为：2×14 mm，搭接率为：20%，扫描速度为：350mm/min，得到熔覆层，熔覆层厚度1.8mm；

（6）对熔覆层进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷；

（7）对探伤检验合格的熔覆层进行磨削加工，单边磨削量为0.3mm。

实施例5：

配制外层用合金粉末，其质量百分比组成为：Mo：4.0%，B：1.1%，Cr：16%，C：0.3%，Si：1.0%，Cr3C2：8.5%，余量为Fe。配制里层用合金粉末，按重量百分比计，所述里层用合金粉末的质量百分比组成为：Mo：3.8%，B：0.8%~，Cr：16%，C：0.4%，Si：1.6%，Ni：3.5%，余量为Fe。所述里层和外层用合金粉末各组分为纯度大于99.9%的粉末，粒度为135~325目。

一种抗冲击高硬度激光熔覆层的一次熔覆制备方法，还包括以下步骤：

（1）采用工业酒精清洗基材待熔覆表面，去除油污等杂质；

（2）将基材装卡于激光数控加工机床上，基材表面涂抹墨汁，晾干；

（3）采用重力送粉方式预置合金粉末，配制两套重力送粉系统，两套重力送粉管分前后布置，间距20mm；

（4）第一套重力送粉系统输送里层用合金粉末，合金粉末预置厚度0.6mm，第二套重力送粉系统输送外层用合金粉末。随着激光头的移动，第二套重力送粉系统输送的外层用合金粉末覆盖在已经预置的里层用合金粉末上，外层用合金粉末预置厚度为1.8mm，在基材表面预置的里层加外层合金粉末厚度总计为2.4mm；

（5）通过直输式半导体激光器扫描预置的合金粉末，进行激光熔覆，所述激光熔覆的工艺参数如下：激光功率为： 4.0 KW，矩形光斑为：2×14 mm，搭接率为：20%，扫描速度为：420mm/min，得到熔覆层，熔覆层厚度2.0mm；

（6）对熔覆层进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷；

（7）对探伤检验合格的熔覆层进行磨削加工，单边磨削量为0.5mm。

实施例6：

配制外层用合金粉末，其质量百分比组成为：Mo：4.1%，B：0.8%，Cr：16%，C：0.4%，Si：1.8%，Cr3C2：8.5%，余量为Fe。配制里层用合金粉末，按重量百分比计，所述里层用合金粉末的质量百分比组成为：Mo：3.8%~4.2%，B：1.1%，Cr：16%，C：0.3%，Si：1.5%，Ni：4.2%，余量为Fe。所述里层和外层用合金粉末各组分为纯度大于99.9%的粉末，粒度为135~325目。

一种抗冲击高硬度激光熔覆层的一次熔覆制备方法，还包括以下步骤：

（1）采用工业酒精清洗基材待熔覆表面，去除油污等杂质；

（2）将基材装卡于激光数控加工机床上，基材表面涂抹墨汁，晾干；

（3）采用重力送粉方式预置合金粉末，配制两套重力送粉系统，两套重力送粉管分前后布置，间距20mm；

（4）第一套重力送粉系统输送里层用合金粉末，合金粉末预置厚度0.5mm，第二套重力送粉系统输送外层用合金粉末。随着激光头的移动，第二套重力送粉系统输送的外层用合金粉末覆盖在已经预置的里层用合金粉末上，外层用合金粉末预置厚度为1.8mm，在基材表面预置的里层加外层合金粉末厚度总计为2.3mm；

（5）通过直输式半导体激光器扫描预置的合金粉末，进行激光熔覆，所述激光熔覆的工艺参数如下：激光功率为：3.9 KW，矩形光斑为：2×14 mm，搭接率为：25%，扫描速度为：400mm/min，得到熔覆层，熔覆层厚度1.9mm；

（6）对熔覆层进行表面着色探伤，检测是否有裂纹等缺陷；

（7）对探伤检验合格的熔覆层进行磨削加工，单边磨削量为0.4mm。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。