一种用于制造核电海水泵轴的方法技术

本发明专利技术涉及一种轴类部件表面耐腐蚀耐磨涂层的制备方法，具体涉及一种使用超高速率激光熔覆技术制备核电海水泵轴表面的方法。本发明专利技术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、无缺陷的带钴基耐腐蚀耐磨涂层的核电海水泵轴，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。

A method for producing nuclear water pump shaft of nuclear power

The invention relates to a preparation method of a corrosion resistant and wear-resistant coating on the surface of an axis component, in particular to a method for preparing the shaft surface of a nuclear power water pump by using the ultra high rate laser cladding technology. By selecting the suitable metal powder, adjusting the fusion point of the powder and the position of the laser focus and adjusting the process parameters, the nuclear power water pump shaft with good surface evenness, small thickness and no defect can be produced quickly and accurately, and the ultra high speed laser cladding is realized. The purpose of producing efficiency and saving the cost of production.

【技术实现步骤摘要】
一种用于制造核电海水泵轴的方法
本专利技术涉及一种轴类部件表面耐磨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核电海水泵轴方法，属于表面处理

技术介绍
核电海水泵轴是核电站重要厂用水系统的组成部分，其功能是在机组各种运行工况下为核电站提供冷却用水，由于节约成本的需要，常选用海水作为冷却水介质。海水中大量的Na、Mg、K、Cl等离子，经常导致核电海水泵轴在服役过程中的发生严重腐蚀，需要进行更换以保证泵的安全运行。实际检修过程中，技术人员发现大概有50%的概率会发生海水泵泵轴腐蚀现象。目前为止，相关研究人员针对腐蚀和磨损问题展开了许多研究，主要的耐腐蚀磨损的方法有三种：加入缓蚀剂、电镀和激光熔覆。（1）加入缓蚀剂。缓蚀剂可以在核电海水泵轴表面形成有一种致密的保护膜，是核电海水泵轴本体与腐蚀介质隔离开，达到保护核电海水泵轴的目的，形成的保护膜对偏磨还能起到一定的防治作用。但缓蚀剂要根据腐蚀形式和腐蚀介质进行选择，而实际工况的腐蚀形式和腐蚀介质很复杂，且保护膜的耐磨性很差，因此保护作用不明显。（2）电镀技术。目前国内使用最为广泛的方法是电镀技术，该方法工艺简单成本低廉。但镀层与基体为物理结合，结合力差，在长时间摩擦、腐蚀的工作状态下易出现涂层破碎、剥落的现象。严重影响保护效果。（3）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钴基涂层，涂层与基体为冶金结合状态，避免了孔隙裂纹的产生，从而彻底阻隔了腐蚀介质与基体的接触。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。同时为了更快的制备大面积涂层，传统的激光熔覆方法使用提高激光功率和增加光斑面积的方法，但过高的功率会提高核电海水泵轴的温度梯度，导致在加工后发生变形。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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。本专利技术技术方案的具体内容是：该核电海水泵轴包括核电海水泵轴基体和熔覆在该基体上的涂层。该方法的步骤是：（1）对钴基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，核电海水泵轴表面线速度即熔覆速率为20～100m/min，每转进给量0.2～0.4mm，激光功率为900～1600W，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的核电海水泵轴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核电海水泵轴基体待熔覆面上方的位置，使得激光大部分能量作用在基体上方的钴基粉末上。优选地，例如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）所得的钴基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800～1500W，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。本专利技术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涂层平整度，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，同时核电海水泵轴基体温度梯度更小，变形量更小，有利于后续的装配。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术做进一步说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1本实施例提供了一种用于制造核电海水泵轴的方法，该核电海水泵轴包括核电海水泵轴基体和熔覆在该基体上的涂层。该方法的步骤优选包括：（1）对钴基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1000～1600W，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的核电海水泵轴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（钴基粉末汇聚点）相对于核电海水泵轴基体待熔覆面的上方的位置，使得激光大部分能量作用在基体上方的钴基粉末上；（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）所得的钴基粉末熔覆到核电海水泵轴基体表面，得到厚度为0.10～0.45mm的涂层；此时核电海水泵轴直径大于成品直径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800～1500W，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，所述钴基粉末要求是粒度范围为15～50μm、球形度大于90%的粉末。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核电海水泵轴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，激光大部分能量例如80%以上作用在基体上方的钴基粉末上；钴基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，本专利技术的钴基粉末稀释率低，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核电海水泵轴的超高速激光熔覆方法，包括以下工艺步骤：首先加工核电海水泵轴基体，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ShieldT-800钴基涂层，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）对钴基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1.0mm，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1300W，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的核电海水泵轴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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造核电海水泵轴的方法，其特征在于该核电海水泵轴包括核电海水泵轴基体和熔覆在该基体上的涂层，该方法的步骤包括：（1）对钴基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20～100m/min，每转进给量0.2～0.4mm，激光功率为900～1600W，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的核电海水泵轴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（钴基粉末汇聚点）相对于泵轴基体待熔覆面上方的位置，使得激光大部分能量作用在基体上方的钴基粉末上；（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）所得的钴基粉末熔覆到核电海水泵轴基体表面，得到厚度为0.10～0.45mm的涂层；此时泵轴直径大于成品直径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800～1400W，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。...

【技术特征摘要】
1.一种用于制造核电海水泵轴的方法，其特征在于该核电海水泵轴包括核电海水泵轴基体和熔覆在该基体上的涂层，该方法的步骤包括：（1）对钴基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20～100m/min，每转进给量0.2～0.4mm，激光功率为900～1600W，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的核电海水泵轴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（钴基粉末汇聚点）相对于泵轴基体待熔覆面上方的位置，使得激光大部分能量作用在基体上方的钴基粉末上；（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）所得的钴基粉末熔覆到核电海水泵轴基体表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭瑞峰，徐一斐，王淼辉，葛学元，范斌，杜博睿，
申请(专利权)人：北京机科国创轻量化科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11