一种激光熔敷-搅拌摩擦复合表面改性方法技术

一种激光熔敷‑搅拌摩擦复合表面改性方法，属于表面加工与改性技术领域。技术要点为：本发明专利技术通过在待加工表面进行激光熔敷后，采用选区搅拌摩擦加工的方法，对激光熔敷后的材料表面组织进行搅拌摩擦再加工，以获得优良组织。本发明专利技术通过对激光熔敷组织进行一次或多次搅拌摩擦加工，以获得晶粒组织细小、第二相分布均匀、力学性能优良且无内部缺陷的表面加工组织；同时简化了加工工序，缩短了加工必要时间，提高了表面加工生产效率。本发明专利技术对激光熔敷后的表面组织进行搅拌摩擦再加工过程后，可以使表面组织材料形成微纳米晶。此外改善粉末沉底现象，使表面改性组织第二相弥散分布，并最终改善工件的组织性能。

A laser cladding friction stir composite surface modification method

A laser cladding and friction stirring composite surface modification method belongs to the technical field of surface processing and modification. The main technical points are as follows: after laser cladding on the surface to be processed, the material surface microstructure after laser cladding is processed by selective friction stirring to obtain fine microstructure. The laser cladding structure is processed by one or more times of friction stirring to obtain a surface processing structure with fine grain structure, uniform distribution of the second phase, excellent mechanical properties and no internal defects; meanwhile, the processing procedure is simplified, the necessary processing time is shortened, and the surface processing efficiency is improved. After the laser cladding surface microstructure is stirred by friction and reprocessed, the surface microstructure material can form micro-nanocrystals. In addition, the phenomenon of powder sinking is improved, the second phase of the surface modified structure is dispersed, and the microstructure and properties of the workpiece are finally improved.

【技术实现步骤摘要】
一种激光熔敷-搅拌摩擦复合表面改性方法
本专利技术涉及一种材料表面改性方法，具体涉及一种激光熔敷-搅拌摩擦复合表面改性方法，属于表面加工与改性

技术介绍
激光熔敷技术是近年来备受关注广为应用的一种先进表面改性技术。激光表面熔敷是在激光作用下，将以不同的送料方式进给的涂层材料与基体表面的一部分同时熔化，并在一定环境下快速冷却凝固，从而形成稀释度低的与基体形成冶金结合的表面涂层。与传统的表面涂层制备方法相比，激光熔敷技术具有稀释度小、结合强度高、适用范围广、工艺窗口大等优点，并因此具有广阔的应用前景。然而由于激光熔敷技术固有特性的限制，激光熔敷层中存在大量铸态组织，并常伴有显微裂纹、气泡等缺陷，而且粉末沉积率较高、熔敷组织不均匀、力学性能欠佳。搅拌摩擦连接是1991年英国焊接技术研究所专利技术的一种新型连接技术。搅拌摩擦加工技术是搅拌摩擦连接技术的新应用，是一种新型高效固相加工技术。其利用摩擦与塑性变形热作为接触部位的材料温度升高、软化，进一步对在高温下塑性增强的材料进行带有剧烈形变的搅拌摩擦而完成加工的。由于加工过程中存在剧烈的塑性变形，因此可以使得材料组织晶粒细化，同时消除内部缺陷、改善表面成形，并最终使工件力学性能也得以改善。由于激光表面改性过程中存在重熔-凝固过程，因此在加工后的表面存在熔化裂纹、表面不平整、相分布不均匀等问题。在激光熔敷后再进行一遍搅拌摩擦表面加工可有效改善上述问题。
技术实现思路
在下文中给出了关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。鉴于此，本专利技术的目的是提供一种激光熔敷-搅拌摩擦复合表面改性方法，以解决激光熔敷组织中存在组织不均匀、内应力大、表面不平整、有显微裂纹、存在气孔疏松、第二相偏聚及材料球化的问题。本专利技术提供了一种激光熔敷-搅拌摩擦复合表面改性方法，具体为：步骤一：对待加工材料表面进行预处理；步骤二：于待加工材料表面进行激光熔敷；步骤三：对激光熔敷后的表面组织进行搅拌摩擦加工。优选的，表面改性基体材料选用金属材料、石墨、陶瓷及复合材料中的一种或几种。优选的，所述激光熔敷所用材料为Co基、Ni基、Fe基、Cr基、Ti基合金粉末，并含有增强相。优选的，表面加工所选基体为镍及其合金，熔敷预铺粉末：粒径为0.5μm～75μm的含W粉和C粉的Co基合金粉末，其在加工过程中原位生成WC增强相。优选的，步骤三中，对前序激光熔敷组织进行搅拌摩擦再加工，所用搅拌头材料硬度和高温强度大于待加工的涂层材料。优选的，步骤三中，激光表面改性采用搅拌摩擦加工时，加工过程中采用预填料、同步送料中一种或几种送料方式，一次或多次对熔敷组织进行搅拌摩擦加工。优选的，步骤三中搅拌摩擦加工过程其搅拌头直径为5-50mm，转速为300–3000rpm，焊接速度为30～300mm/min，下压量为0～0.5mm，倾角0–3°。优选的，激光熔敷后，选用机械法、化学试剂清洗方法清理熔敷层表面。优选的：激光熔敷具体参数为：线速度为30mm/min～150mm/min；激光熔敷输出功率为150W～6000W；激光熔敷脉冲频率为1Hz～50Hz；激光熔敷脉冲宽度为0.5ms～10ms；激光熔敷过程中光斑直径为0.01mm～25mm。有益效果：由于激光熔敷技术固有特性的限制，激光熔敷过程中存在涂层材料和母材的重熔-凝固过程，激光熔敷层中存在大量铸态组织，并常伴有显微裂纹、气泡等缺陷，而且粉末沉积率较高、会被母材稀释、熔敷组织不均匀、力学性能欠佳。本专利技术对激光熔敷后的表面组织进行搅拌摩擦再加工过程后，可以使表面组织材料形成微纳米晶，从而进一步改善了工件组织并提高了其力学性能。此外，选区搅拌摩擦加工还可以消除激光表面改性过程中形成的内部缺陷，并改善粉末沉底现象，使表面改性组织第二相弥散分布，并最终改善工件的组织性能。同传统的激光表面改性技术相比，本专利技术具有如下优势：1、工件组织均匀、晶粒细小，第二相被并弥散分布于基体中，工件内部缺陷，如孔隙、裂纹、球化等被消除，表面成形得以改善；2、工件力学性能得到改善，涂层–基体冶金结合增强、涂层摩擦磨损性能良好、涂层硬度及耐蚀性等物理化学性能得到提高。本专利技术将激光熔敷-搅拌摩擦相融合，取得了1+1＞2的技术效果，具体为：使得获得晶粒组织细小，形成微纳米晶、第二相分布均匀、力学性能优良，摩擦磨损性能与传统的激光表面改性技术比较提高了20％～50％；且无内部缺陷的表面加工组织；同时简化了加工工序，缩短了加工必要时间，提高了表面加工生产效率。附图说明图1是本专利技术的激光表面改性示意图；图2是本专利技术的搅拌摩擦加工示意图。图中：1-透镜；2-聚焦激光；3-预铺粉末；4-熔敷层；5-基板；6-搅拌头；7-涂层。具体实施方式在下文中将结合附图对本专利技术的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本专利技术公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。实施例1：结合图1和图2说明本实施方式，一种激光熔敷-搅拌摩擦复合表面改性方法进行结构钢表面改性加工的方法操作如下：步骤一：对待加工材料表面进行预处理；步骤二：于待加工材料表面进行激光熔敷；步骤三：对激光熔敷后的表面组织进行搅拌摩擦加工。实施例2：结合图1和图2说明本实施方式一种激光熔敷-搅拌摩擦复合表面改性方法进行结构钢表面改性加工的方法操作如下：步骤一：去除待加工材料表面氧化膜，于待加工材料表面预铺待加工粉末；。步骤二：于待加工材料表面预铺粉末进行激光熔敷；步骤三：对激光熔敷组织进行焊前清理；对激光熔敷组织进行搅拌摩擦加工。其中，表面加工所选基体选用为低碳钢、低合金高强钢、模具钢钢材。其中，激光熔敷所用预铺粉末材料选用粒径为0.5μm～75μm的Co基、Ni基、Cr基合金粉末。其中，激光熔敷线速度为30mm/min～150mm/min。其中，激光熔敷输出功率为150W～6000W。其中，激光熔敷脉冲频率为1Hz～50Hz。其中，激光熔敷脉冲宽度为0.5ms～10ms。其中，激光熔敷过程中光斑直径为0.01mm～25mm。其中，激光熔敷后，选用机械法、化学试剂清洗等方法清理熔敷层表面。其中，在搅拌摩擦加工过程中，搅拌头下压量为0mm～1mm。其中，在搅拌摩擦加工过程中，搅拌头转速为300rpm～1800rpm。其中，在搅拌摩擦加工过程中，搅拌头线速度为30mm/min～150mm/min。其中，在搅拌摩擦加工过程中，搅拌头倾角为0-2°。实施例2：本实施例与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光熔敷‑搅拌摩擦复合表面改性方法，其特征在于，具体方法为：步骤一：对待加工材料表面进行预处理；步骤二：于待加工材料表面进行激光熔敷；步骤三：对激光熔敷后的表面组织进行搅拌摩擦加工。

【技术特征摘要】
1.一种激光熔敷-搅拌摩擦复合表面改性方法，其特征在于，具体方法为：步骤一：对待加工材料表面进行预处理；步骤二：于待加工材料表面进行激光熔敷；步骤三：对激光熔敷后的表面组织进行搅拌摩擦加工。2.根据权利要求1所述的一种激光熔敷-搅拌摩擦复合表面改性方法，其特征在于，表面改性基体材料选用金属材料、石墨、陶瓷及复合材料中的一种或几种。3.根据权利要求2所述的一种激光熔敷-搅拌摩擦复合表面改性方法，其特征在于，所述激光熔敷所用材料为Co基、Ni基、Fe基、Cr基、Ti基合金粉末，并含有增强相。4.根据权利要求1所述的一种激光熔敷-搅拌摩擦复合表面改性方法，其特征在于，表面加工所选基体为镍及其合金，熔敷预铺粉末：粒径为0.5μm～75μm的含W粉和C粉的Co基合金粉末，其在加工过程中原位生成WC增强相。5.根据权利要求4所述的一种激光熔敷-搅拌摩擦复合表面改性方法，其特征在于，步骤三中，对前序激光熔敷组织进行搅拌摩擦再加工，所用搅拌头材料硬度和高温强度大于待加工的涂层材料。...

【专利技术属性】
技术研发人员：周利，于明润，蒋智华，黄永宪，冯吉才，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：山东,37