一种同步超声喷丸辅助制备无缺陷耐磨蚀涂层的方法技术

本发明专利技术公开了一种同步超声喷丸辅助制备无缺陷耐磨蚀涂层的方法。其具体包括如下具体步骤：将待加工轴试样固定于集成化加工平台上，进行表面清理除锈处理；将待熔覆粉末进行烘烤去湿，并装入同步送粉器中；设定高速激光熔覆参数及熔覆头平移速率；调节移动同步超声喷丸系统中的移动控制器，使喷丸腔正好位于熔覆头正下方与熔覆头处于同一水平面，平移速率相同且进行同向移动；同时开启高速激光熔覆系统和超声喷丸辅助系统，直至熔覆过程结束获得无缺陷的耐磨蚀涂层。本发明专利技术的有益效果：本发明专利技术所制备的高速激光熔覆耐磨蚀涂层内部及界面处无明显的宏微观缺陷，涂层的晶粒明显细化且硬度提高，涂层的耐磨蚀性能和服役寿命均显著提高。著提高。著提高。

【技术实现步骤摘要】
一种同步超声喷丸辅助制备无缺陷耐磨蚀涂层的方法


[0001]本专利技术属于材料表面耐磨蚀涂层制备
，具体涉及一种同步超声喷丸辅助制备无缺陷耐磨蚀涂层的方法。

技术介绍

[0002]激光熔覆技术是一种表面改性技术，其以高能激光束作为热源，使熔覆材料与金属基体表面同时熔化，快速凝固后形成稀释率较低且具有冶金结合界面涂层，从而显著改善基体材料的表面耐磨、耐蚀及抗氧化等物理性能。
[0003]利用激光熔覆技术，可根据工件材料实际服役工况要求，在低成本的基体材料表面制备所需的高耐磨、耐蚀或抗氧化涂层材料，从而显著提高工件或零件的服役性能及使用寿命。因此，激光熔覆表面改性技术在矿山、冶金、交通、石油及电力等行业中具有广阔的应用前景。
[0004]近年来，超高速激光熔覆技术快速发展，其与传统熔覆技术相比，熔覆效率显著提高(可达2m2/h)，且超高速激光熔覆过程中对基体的热输入较小，改善了涂层的稀释率和基材的热变形。然而，在高速熔覆过程中，涂层沉积过程中较高的凝固速率会引起涂层内部开裂，另外涂层与基材界面处裂纹和气孔等常规缺陷问题仍旧存在，严重危害所制备涂层的服役性能及使用寿命。因此，如何解决高速激光熔覆过程中涂层及其界面处的产生缺陷问题，对于推动高速激光熔覆技术的工业应用具有重要的意义。
[0005]现有技术中提出的方案包括：1.将超声振动直接引入到熔池微区，借助超声波的空化效应、机械效应和热效应改善熔覆层内的应力场，以抑制裂纹的产生。2.对熔覆层进行振动辅助，可降低其内部的残余应力，并有利于细化晶粒和均匀组织的作用，从而改善熔覆层的组织和性能。3.利用超声冲击辅助的方法改善超高速激光熔覆非晶涂层的组织缺陷，通过在熔覆区域附加超声振动头产生微锻造效应，以实现凝固应力及缺陷消除的目的。虽然，以上方法对激光熔覆涂层的组织及性能改善起到有益作用，但其均依靠超声振动头与熔覆层表面接触(接触方式近乎点接触)，由于接触面积较小难以实现对熔覆层的全覆盖，且容易引起熔覆层内强化作用不均匀的现象，因此同步辅助强化效果不理想。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种同步超声喷丸辅助高速激光熔覆制备无缺陷耐磨蚀涂层的方法，通过在高速熔覆过程中对熔覆层进行同步超声喷丸强化处理，以消除涂层内部及其界面出的裂纹及气孔等缺陷，且细化涂层晶粒，同时保证熔覆层表面超声喷丸强化处理作用均匀，实现无缺陷耐磨蚀涂层的高效制备。
[0007]本专利技术的具体技术方案实施如下：
[0008]一种同步超声喷丸辅助制备无缺陷耐磨蚀涂层的方法，其具体包括如下具体步骤：
[0009]S1：将待加工轴试样固定于集成化加工平台上，进行表面清理除锈处理；
[0010]S2：将待熔覆粉末进行烘烤去湿，并装入同步送粉器中；
[0011]S3：设定高速激光熔覆参数，设定熔覆头平移速率；
[0012]S4：调节移动同步超声喷丸系统中的移动控制器，使喷丸腔正好位于熔覆头正下方与熔覆头处于同一水平面，且设置熔覆过程中超声喷丸辅助系统的平移速率与熔覆头的平移速率相同且进行同向移动；
[0013]S5：开启高速激光熔覆系统，在试样表面制备熔覆涂层，同时开启超声喷丸辅助系统，对沉积涂层进行同步超声喷丸强化处理，直至熔覆过程结束获得无缺陷的耐磨蚀涂层。
[0014]优选地，所述步骤S1中的表面清理除锈处理为利用砂纸或砂轮清除其表面锈迹和污渍。
[0015]优选地，所述步骤2中的熔覆粉末粒度范围为10～200μm，烘烤除湿过程需在真空干燥箱中进行，避免粉末氧化，烘烤温度为120～150℃，烘烤时间为20～60min。
[0016]优选地，所述步骤3中高速激光熔覆的工艺参数为：激光功率为0～6KW，熔覆距试样表面距离为10～16mm，熔覆速率为500～50000mm/min，送粉速率为0～5r/min。
[0017]优选地，所述步骤3中同步超声喷丸的工艺参数为：超声波发生器的频率为0～20KHz，喷丸钢球的直径为1～5mm，工件表面距振头的距离为3～15mm，以保证对涂层表面产生适当的冲击作用。
[0018]优选地，所述高速激光熔覆采用同轴送粉的方式，送粉气为氩气，且熔覆过程在氩气保护环境下进行。
[0019]优选地，所述步骤5中同步超声喷丸辅助系统与激光熔覆系统的运动行为可独立控制。
[0020]优选地，所述高速激光熔覆所用涂层材料为具有一定塑性变形的耐磨蚀材料。
[0021]优选地，所述同步超声喷丸系统包括超声波发生器、换能器、振幅杆、喷丸腔、喷丸钢球、移动控制器和传动丝杠，所述移动控制器与传动丝杠连接，所述移动控制器可控制超声喷丸装置在传动丝杠上做直线往复移动，所述超声波发生器连接至换能器，所述换能器设置在移动控制器上端面，所述喷丸腔设置在振幅杆上端部，所述振幅杆下端部与换能器连接，所述喷丸钢球填充设置在喷丸腔内。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0023]本专利技术利用超声喷丸技术对高速激光熔覆层进行同步强化处理，减少了涂层内部及界面处的裂纹及气孔等缺陷，增强了涂层的致密性和界面结合强度；利用超声喷丸微锻造作用可诱导熔覆层内部晶粒细化，形成由表及里的梯度结构组织，显著提高涂层的表面硬度及耐磨性；通过超声喷丸处理在涂层表面形成残余压应力，显著提升其抗疲劳性能和服役寿命；相比于通常的超声振动处理，本专利技术中所用的超声喷丸技术对表面的处理效率更高，且避免了由于超声振动头处理面积较小而引起的不均匀现象，有利于更加均匀的涂层组织和高的表面光洁度。本专利技术所制备的高速激光熔覆耐磨蚀涂层内部及界面处无明显的宏微观缺陷，涂层的晶粒明显细化且硬度提高，涂层的耐磨蚀性能和服役寿命均显著提高。
附图说明
[0024]图1为本专利技术所采用的同步超声喷丸辅助高速激光熔覆制备无缺陷耐磨蚀涂层的
装置示意图。
[0025]图2为本专利技术所采用的同步超声喷丸辅助高速激光熔覆制备无缺陷耐磨蚀涂层的装置B处局部剖视示意图。
[0026]图3为普通高速激光熔覆与同步超声喷丸辅助高速激光熔覆制备涂层的金相照片。
[0027]图4为同步超声喷丸辅助高速激光熔覆制备涂层表面纳米晶EBSD照片。
[0028]图5为晶粒尺度的表征结果统计表。
[0029]附图标记说明如下：
[0030]1‑
激光器，2
‑
同步送粉器，3
‑
熔覆头，4
‑
集成化加工平台，5
‑
超声波发生器，6
‑
换能器，7
‑
传动丝杠，8
‑
喷丸腔，9
‑
加工轴试样，10
‑
移动控制器，11
‑
喷丸钢球，12
‑
振幅杆。
具体实施方式
[0031]下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同步超声喷丸辅助制备无缺陷耐磨蚀涂层的方法，其特征在于，通过在高速激光熔覆技术的基础上增加同步超声喷丸辅助系统，具体步骤如下：S1：将待加工轴试样固定于集成化加工平台上，进行表面清理除锈处理；S2：将待熔覆粉末进行烘烤去湿，并装入同步送粉器中；S3：设定高速激光熔覆参数，设定熔覆头平移速率；S4：调节移动同步超声喷丸系统中的移动控制器，使喷丸腔正好位于熔覆头正下方与熔覆头处于同一水平面，且设置熔覆过程中超声喷丸辅助系统的平移速率与熔覆头的平移速率相同且进行同向移动；S5：开启高速激光熔覆系统，在试样表面制备熔覆涂层，同时开启超声喷丸辅助系统，对沉积涂层进行同步超声喷丸强化处理，直至熔覆过程结束获得无缺陷的耐磨蚀涂层。2.根据权利要求1所述的一种同步超声喷丸辅助制备无缺陷耐磨蚀涂层的方法，其特征在于，所述步骤S1中的表面清理除锈处理为采用砂纸或砂轮清除其表面锈迹和污渍。3.根据权利要求1所述的一种同步超声喷丸辅助制备无缺陷耐磨蚀涂层的方法，其特征在于，所述步骤S2中的熔覆粉末粒度范围为10～200μm，烘烤除湿过程需在真空干燥箱中进行，烘烤温度为120～150℃，烘烤时间为20～60min。4.根据权利要求1所述的一种同步超声喷丸辅助制备无缺陷耐磨蚀涂层的方法，其特征在于，所述步骤S3中高速激光熔覆的工艺参数为：激光功率为0～6KW，熔覆距试样表面距离为10～16mm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张泽雄，陈飞文，杨桂勉，张家宽，吴震海，郑创伟，王鹏，陈余，唐健，
申请(专利权)人：华能汕头海门发电有限责任公司，
类型：发明
国别省市：