一种泥浆泵叶片易空化区域激光复合强化方法技术

本发明专利技术提供了一种泥浆泵叶片易空化区域激光复合强化方法，包括以下步骤：对泥浆泵叶片易空化区域进行激光微织构、制备高性能合金粉、在微织构区域铺高性能合金粉、激光合金化处理、激光冲击强化及优化过程；通过上述的这一系列过程，泥浆泵叶片先通过激光微织构形成若干凹坑，在微织构区域全部铺满高性能合金粉，后进行激光合金化，再进行激光冲击强化提高泥浆泵叶片易空化区域的残余压应力值和应力分布均匀性，最后进行电解抛光过程，泥浆泵叶片上形成平整光亮的抛光面，通过这种激光复合强化的方法能够显著提高泥浆泵叶片易产生空化区域的硬度、耐磨性以及残余压应力值和应力分布均匀性，提高其耐腐蚀和抗空蚀性能，延长泥浆泵叶片使用寿命。

A Laser Composite Strengthening Method for Cavitation-prone Area of Slurry Pump Blade

The invention provides a laser composite strengthening method for the cavitation-prone area of mud pump blades, which includes the following steps: laser micro-texture of the cavitation-prone area of mud pump blades, preparation of high-performance alloy powder, laying high-performance alloy powder in the micro-texture area, laser alloying treatment, laser shock strengthening and optimization process; through the above-mentioned series of processes, mud pump blades pass through first. Laser micro-texture forms a number of pits, which are covered with high-performance alloy powder in the micro-texture area. Laser alloying and laser shock strengthening are carried out to improve the residual compressive stress value and stress distribution uniformity in the cavitation-prone area of the mud pump blade. Finally, electropolishing process is carried out to form a smooth and bright polishing surface on the mud pump blade. Through this laser composite strengthening method, the residual compressive stress value and stress distribution uniformity in the cavitation-prone area of the mud It can significantly improve the hardness, wear resistance, residual compressive stress value and stress distribution uniformity of the cavitation area of the mud pump blade, improve its corrosion resistance and cavitation resistance, and prolong the service life of the mud pump blade.

【技术实现步骤摘要】
一种泥浆泵叶片易空化区域激光复合强化方法
本专利技术属于激光加工
，具体涉及一种通过激光对金属材料表面进行强化处理的方法，特别涉及一种泥浆泵叶片易空化区域激光复合强化方法。
技术介绍
空化是以液体为介质且在机械设备中发生的一种气化现象。随着技术的不断进步，工程上对泵的性能指标也提出了越来越高的要求，而空化则是当前限制泵的性能指标进一步提高的最主要因素。现有方法制造出的泵叶片失效的主要形式是叶片的空蚀，致使表面出现麻点，进而表面呈现海绵状、沟槽状、鱼鳞状等缺陷，甚至导致叶片断裂。空蚀破坏大大缩短了泵的大修周期和使用寿命。很多大型高附加值泵叶片失效后若更换新的，成本太高，通过激光复合强化技术可以缩减成本，提高性能。激光表面微织构工艺目前被证明可以有效改善材料表面摩擦磨损性能和承载能力的一种手段。近年来，通过在摩擦副上加工出一系列的阵列微图形在表面改性技术中得到了越来越多的重视。并且，激光微织构造型的基体表面的微凹坑陡峭，铺粉后在界面引入键合强化机制，界面结合强度显著提高。激光合金化（LaserSurfaceAlloying，LSA）是金属材料表面局部改性处理的一种新方法，激光合金化工艺属于材料表面改性处理的范畴。它是指在高能密度激光束照射下，使基体材料表面的一薄层与根据需要加入的合金元素同时快速熔化、混合，形成以原基材为基的新的表面合金层。激光冲击强化（LaserShockingPeening，LSP）技术，也称激光喷丸技术。激光冲击强化是使用高功率密度（GW/cm2量级）、短脉冲（10-30ns量级）的激光通过约束层辐照于金属表面所涂覆的能量吸收层时，涂层吸收激光能量迅速气化并几乎同时形成大量密集的高温（710K）、高压（>1GPa）等离子体。约束层能够有效增强激光冲击波的压力并延长其持续时间，阻碍等离子体爆炸，增强激光能量耦合，显著改善激光冲击的强化效果。由于针对的使用工况和工作性能要求不同，目前表面激光强化技术各有优点，但也存在一定局限性。2006年公开的专利CN200620012776.6，专利名称为一种具有分布式激光合金化点的轧辊，此专利仅利用合金化方法。2013年公开的中国专利（申请号：201310013098.X）提出了一种激光复合强化工艺，此专利只利用激光微织构和激光冲击强化工艺，没有合金化这步工艺，且上述两个专利的强化方法针对特定的工件，应用在泵叶片上需要做出适当调整。2017年公开的中国专利（申请号：201710177738.9）提出了真空泵压缩机叶片的激光强化工艺，针对泵叶片提出了强化方法，但仅有激光强化方法，强化效果有限，提高耐腐蚀抗空蚀性能仍需进一步复合强化。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种泥浆泵叶片易空化区域激光复合强化方法，以解决
技术介绍
中所提出的问题。为解决上述技术问题，本专利技术的实施例提供一种泥浆泵叶片易空化区域激光复合强化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将泥浆泵叶片的易空化区域的表面打磨成镜面，在泥浆泵叶片的易空化区域进行激光微织构形成微织构区域，在泥浆泵叶片的易空化区域形成均匀布置的若干凹坑；S2、根据基体材料和泥浆泵叶片的使用要求配制高性能合金粉；S3、在步骤S1中泥浆泵叶片的微织构区域铺步骤S2所配制的高性能合金粉，高性能合金粉末铺满整个微织构区域；S4、对经步骤S3处理后的泥浆泵叶片的微织构区域进行激光合金化处理，再重复步骤S3，而后对微织构区域进行激光合金化处理，直至激光合金化处理后的区域高于泥浆泵叶片上其余区域30-40μm；S5、对经步骤S4处理后的泥浆泵叶片的易空化区域进行激光冲击强化处理；S6、针对步骤S5处理后的泥浆泵叶片的易空化区域，使用显微硬度计检测复合强化后泥浆泵叶片的易空化区域表面的硬度和不同层深的硬度，用摩擦磨损试验机检测复合强化后泥浆泵叶片的易空化区域表面的磨损量，使用X射线衍射应力分析仪检测泥浆泵叶片的残余压应力；若显微硬度计所检测出的复合强化后泥浆泵叶片的易空化区域表面的硬度和不同层深的硬度，达不到泥浆泵叶片易空化区域所要求的硬度，X射线衍射应力分析仪检测泥浆泵叶片的残余压应力达不到残余压应力要求，摩擦磨损试验机检测出的复合强化后泥浆泵叶片的易空化区域表面的磨损量超过所要求的磨损量，重复上述步骤S1-S5，直至显微硬度计所检测出的复合强化后泥浆泵叶片的易空化区域表面的硬度和不同层深的硬度，达到泥浆泵叶片易空化区域所要求的硬度，泥浆泵叶片的残余压应力达到残余压应力要求，且摩擦磨损试验机检测出的复合强化后泥浆泵叶片的易空化区域表面的磨损量不超过所要求的磨损量。进一步的，所述步骤S1中，所述激光微织构形成的微织构区域为泥浆泵叶片的易空化区域的1.5倍。进一步的，所述步骤S1中，激光微织构所形成的若干所述凹坑的直径为50μm，所述凹坑的面密度为8%，所述凹坑的深度为8μm，所述凹坑的间距为158μm。进一步的，所述步骤S1中，激光微织构过程中，采用脉冲激光器发射激光，所发射的激光，其激光波长为532nm的绿光，激光能量P0的范围为15-30W，光斑直径为30μm，微织构密度范围为2%-8%，激光微织构次数5-15次。进一步的，所述步骤S2中，所述高性能合金粉由以下重量百分比的各组分组成：铬20-30%、硼1.5-2.5%、硅1.5-2.5%、镍4-6%、钼3-4%、碳3-3.5%、碳化钨25-40%、余量为铁。进一步的，所述步骤S4中，激光合金化处理的过程中，采用光纤激光器发射激光，其激光输出功率P1=1.5-2.5KW，扫描次数为2-3次，扫描速度为4-8mm/s，光斑直径D=2-5mm，在扫描过程中，使用氩气保护熔池，氩气流量为12-16L/min。进一步的，所述步骤S5中，激光冲击强化处理过程中，激光器采用YAG脉冲激光器，其激光能量为3-7J，光斑直径d=2-5mm，搭接率为70%；在激光冲击强化过程中，以去离子水为约束层，3M铝膜为吸收保护层；通过激光强化处理，晶粒得到细化。进一步的，所述步骤S5和步骤S6之间还增加冲击后泥浆泵叶片电解抛光的过程，包括以下步骤：a、制备电解抛光液；b、将电解抛光液倒入电解槽内，将电解槽放在电子感应搅拌器上，通电搅拌均匀；c、在激光冲击后的泥浆泵叶片的激光复合处理区域以外贴上高分子膜，将电解抛光腐蚀仪的阳极固定在电解槽的一端，将贴有高分子膜的泥浆泵叶片与电解抛光仪的阳极相连，放在电解槽内，保持阴、阳极距离为4cm，设置电解抛光仪的工作电压18-28V，工作电流密度0.9-1.9A/cm2，抛光时间为50-150s，电解抛光液的温度为30-35℃；d、打开电子感应搅拌器开关，使得电解抛光液处于被搅拌状态，打开电解抛光腐蚀仪的工作开关，结束后，电解抛光腐蚀仪自动断开阴阳极之间的电流，迅速取出泥浆泵叶片；e.将取出的泥浆泵叶片放入离子水中清洗5s后，再用无水酒精清洗，用冷风机吹干后，去除高分子膜，获得平整光亮的抛光，该方法对表面残余压应力影响小。其中，所述电解抛光液包括以下质量百分比的各组分：乙醇70%、高氯酸20%和丙三醇10%。进一步的，所述步骤S1中还包括泥浆泵叶片的易空化区域的确认过程，包括以下步骤：（1）根据工况要求，构建准确的泥浆泵叶片的水力模型；将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种泥浆泵叶片易空化区域激光复合强化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将泥浆泵叶片的易空化区域的表面打磨成镜面，在泥浆泵叶片的易空化区域进行激光微织构形成微织构区域，在泥浆泵叶片的易空化区域形成均匀布置的若干凹坑；S2、根据基体材料和泥浆泵叶片的使用要求配制高性能合金粉；S3、在步骤S1中泥浆泵叶片的微织构区域铺步骤S2所配制的高性能合金粉，高性能合金粉末铺满整个微织构区域；S4、对经步骤S3处理后的泥浆泵叶片的微织构区域进行激光合金化处理，再重复步骤S3，而后对微织构区域进行激光合金化处理，直至激光合金化处理后的区域高于泥浆泵叶片上其余区域30‑40μm；S5、对经步骤S4处理后的泥浆泵叶片的易空化区域进行激光冲击强化处理；S6、针对步骤S5处理后的泥浆泵叶片的易空化区域，使用显微硬度计检测复合强化后泥浆泵叶片的易空化区域表面的硬度和不同层深的硬度，用摩擦磨损试验机检测复合强化后泥浆泵叶片的易空化区域表面的磨损量，使用X射线衍射应力分析仪检测泥浆泵叶片的残余压应力；若显微硬度计所检测出的复合强化后泥浆泵叶片的易空化区域表面的硬度和不同层深的硬度，达不到泥浆泵叶片易空化区域所要求的硬度，X射线衍射应力分析仪检测泥浆泵叶片的残余压应力达不到残余压应力要求，摩擦磨损试验机检测出的复合强化后泥浆泵叶片的易空化区域表面的磨损量超过所要求的磨损量，重复上述步骤S1‑S5，直至显微硬度计所检测出的复合强化后泥浆泵叶片的易空化区域表面的硬度和不同层深的硬度，达到泥浆泵叶片易空化区域所要求的硬度，泥浆泵叶片的残余压应力达到残余压应力要求，且摩擦磨损试验机检测出的复合强化后泥浆泵叶片的易空化区域表面的磨损量不超过所要求的磨损量。...

【技术特征摘要】
1.一种泥浆泵叶片易空化区域激光复合强化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将泥浆泵叶片的易空化区域的表面打磨成镜面，在泥浆泵叶片的易空化区域进行激光微织构形成微织构区域，在泥浆泵叶片的易空化区域形成均匀布置的若干凹坑；S2、根据基体材料和泥浆泵叶片的使用要求配制高性能合金粉；S3、在步骤S1中泥浆泵叶片的微织构区域铺步骤S2所配制的高性能合金粉，高性能合金粉末铺满整个微织构区域；S4、对经步骤S3处理后的泥浆泵叶片的微织构区域进行激光合金化处理，再重复步骤S3，而后对微织构区域进行激光合金化处理，直至激光合金化处理后的区域高于泥浆泵叶片上其余区域30-40μm；S5、对经步骤S4处理后的泥浆泵叶片的易空化区域进行激光冲击强化处理；S6、针对步骤S5处理后的泥浆泵叶片的易空化区域，使用显微硬度计检测复合强化后泥浆泵叶片的易空化区域表面的硬度和不同层深的硬度，用摩擦磨损试验机检测复合强化后泥浆泵叶片的易空化区域表面的磨损量，使用X射线衍射应力分析仪检测泥浆泵叶片的残余压应力；若显微硬度计所检测出的复合强化后泥浆泵叶片的易空化区域表面的硬度和不同层深的硬度，达不到泥浆泵叶片易空化区域所要求的硬度，X射线衍射应力分析仪检测泥浆泵叶片的残余压应力达不到残余压应力要求，摩擦磨损试验机检测出的复合强化后泥浆泵叶片的易空化区域表面的磨损量超过所要求的磨损量，重复上述步骤S1-S5，直至显微硬度计所检测出的复合强化后泥浆泵叶片的易空化区域表面的硬度和不同层深的硬度，达到泥浆泵叶片易空化区域所要求的硬度，泥浆泵叶片的残余压应力达到残余压应力要求，且摩擦磨损试验机检测出的复合强化后泥浆泵叶片的易空化区域表面的磨损量不超过所要求的磨损量。2.根据权利要求1所述的一种泥浆泵叶片易空化区域激光复合强化方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述激光微织构形成的微织构区域为泥浆泵叶片的易空化区域的1.5倍。3.根据权利要求1所述的一种泥浆泵叶片易空化区域激光复合强化方法，其特征在于，所述步骤S1中，激光微织构所形成的若干所述凹坑的直径为50μm，所述凹坑的面密度为8%，所述凹坑的深度为8μm，所述凹坑的间距为158μm。4.根据权利要求1所述的一种泥浆泵叶片易空化区域激光复合强化方法，其特征在于，所述步骤S1中，激光微织构过程中，采用脉冲激光器发射激光，所发射的激光，其激光波长为532nm的绿光，激光能量P0的范围为15-30W，光斑直径为30μm，微织构密度范围为2%-8%，激光微织构次数5-15次。5.根据权利要求1所述的一种泥浆泵叶片易空化区域激光复合强化方法，其特征在于，所述步骤S2中...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹宇鹏，蒋苏州，施卫东，花国然，王恒，顾翔，王振刚，葛桂兰，杨聪，葛良辰，贾毕青，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32