一种半导体激光熔覆用合金粉末、制备方法及其熔覆工艺技术

本发明专利技术公开了一种半导体激光熔覆用合金粉末、制备方法及其熔覆工艺，具体涉及表面熔覆再生修复技术领域，包括：铁基合金粉末和补充剂。本发明专利技术的激光熔覆再制造层与基体相比，其各强度提高10％以上，平均摩擦系数和磨损量分别为基体的65％和40％左右，修复后的电机转子使用寿命延长一倍，可有效节省生产制造成本；Ti与B与C形成陶瓷增强相TiB2和TiC，Zr可与B形成二硼化锆，在激光熔覆之后碳化钨进行分解后与铁结合形成FeW3C、Fe2W，可有效提升熔覆层的硬度，改善性能；配方中的碳纤维与碳化钨配合，可对碳化钨激光熔覆后产物进行网络支撑，可有效保证熔覆层的表面硬度和冲击韧性。可有效保证熔覆层的表面硬度和冲击韧性。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体激光熔覆用合金粉末、制备方法及其熔覆工艺


[0001]本专利技术涉及表面熔覆再生修复
，更具体地说，本专利技术涉及一种半导体激光熔覆用合金粉末、制备方法及其熔覆工艺。

技术介绍

[0002]电机转子作为整个电机系统中的核心部件之一，是实现电能与机械能相互转换装置。激光熔覆技术由于能力密度高、加工过程清洁无污染、方便快捷和低成本等特点在绿色再制造领域备受青睐。目前电机转子在工作过程中因磨损失效而导致整个电机报废。激光熔覆技术由于能力密度高、加工过程清洁无污染、方便快捷和低成本等特点在绿色再制造领域备受青睐。激光作为一种高能量、非接触的清洁能源进入加工领域以后，解决了许多常规方法难以加工的难题，激光再制造技术作为先进制造和修复技术的重要组成部分，在再制造工程中具有重要作用。转子是电机机组中的关键部件，其使用寿命一般短于电机等其它部件，成为机组寿命评价和控制的重点部件。
[0003]现有的电机转子激光熔覆修复加工，修复后的电机转子结构强度和耐磨性能不高，使得修复后的电机转子使用寿命较短。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术的实施例提供一种半导体激光熔覆用合金粉末、制备方法及其熔覆工艺。
[0005]一种半导体激光熔覆用合金粉末，包括铁基合金粉末和补充剂，所述补充剂与所述铁基合金粉末的重量比为：1∶10～12。
[0006]进一步的，所述铁基合金粉末的成分及含量为：Cr：14～15％、Si：1.9～2.9％、Ti：15～25％、B：2.1～2.5％、Ni：1～3％、Zr：0.16～0.20％、Bi：11～13％、C：0.1～0.2％，余量为Fe和不可避免的微量杂质；所述补充剂按照重量百分比包括：32～36％的碳化钨、8.2～9.8％的氧化镧，其余为碳纤维。
[0007]进一步的，所述补充剂与所述铁基合金粉末的重量比为：1∶10，所述铁基合金粉末的成分及含量为：Cr：14％、Si：1.9％、Ti：15％、B：2.1％、Ni：1％、Zr：0.16％、Bi：11％、C：0.1％，余量为Fe和不可避免的微量杂质；所述补充剂按照重量百分比包括：32％的碳化钨、8.2％的氧化镧、59.8％的碳纤维。
[0008]进一步的，所述补充剂与所述铁基合金粉末的重量比为：1∶12，所述铁基合金粉末的成分及含量为：Cr：15％、Si：2.9％、Ti：25％、B：2.5％、Ni：3％、Zr：0.20％、Bi：13％、C：0.2％，余量为Fe和不可避免的微量杂质；所述补充剂按照重量百分比包括：36％的碳化钨、9.8％的氧化镧、54.2％的碳纤维。
[0009]进一步的，所述补充剂与所述铁基合金粉末的重量比为：1∶11，所述铁基合金粉末的成分及含量为：Cr：14.5％、Si：2.4％、Ti：20％、B：2.3％、Ni：2％、Zr：0.18％、Bi：12％、C：0.15％，余量为Fe和不可避免的微量杂质；所述补充剂按照重量百分比包括：34％的碳化
钨、9％的氧化镧、57％的碳纤维。
[0010]本专利技术还提供一种半导体激光熔覆用合金粉末的制备方法，具体制备步骤如下：
[0011]步骤一：按照各组分含量配比将铁基合金粉末的原料进行搅拌共混40～60分钟，得到铁基合金粉末，按照各组分含量配比将补充剂的原料进行搅拌共混30～40分钟，得到补充剂；
[0012]步骤二：将步骤一中制得的铁基合金粉末和补充剂加入到对喷式气流粉碎机中处理，得到共混料；
[0013]步骤三：对步骤二中制得的共混料进行干燥，得到半导体激光熔覆用合金粉末。
[0014]进一步的，在步骤一中，机械搅拌转速为800～1000rpm；在步骤二中，对喷式气流粉碎机，空气耗量为12～14m3/min，空气压力为0.75～0.95Mpa，功率为85～135kw。
[0015]本专利技术还提供了一种半导体激光熔覆用合金粉末的熔覆工艺，具体熔覆步骤如下：
[0016]步骤S1：将转子轴段表面使用丙酮清理干净，得到预处理后的转子轴；
[0017]步骤S2：将半导体激光熔覆用合金粉末平铺在步骤S1中预处理后的转子轴表面，平铺厚度为0.5～1mm，在转子轴表面形成包覆层；
[0018]步骤S3：使用大功率半导体激光器对步骤S2中的包覆层进行激光熔覆处理，激光熔覆处理的同时进行超声波振动处理，完成熔覆工艺。
[0019]进一步的，在步骤S3中，激光功率为3.2～3.8kw，扫描速度为3.7～4.3mm/s，光斑半径为7.8～9.2mm，送粉载气为Ar气，超声振动频率为26～30kHz、功率为220～260W。
[0020]进一步的，在步骤S3中，激光功率为3.5kw，扫描速度为4.0mm/s，光斑半径为8.5mm，送粉载气为Ar气，超声振动频率为28kHz、功率为240W。
[0021]本专利技术的技术效果和优点：
[0022]1、采用本专利技术的原料配方所制备出的半导体激光熔覆用合金粉末，激光熔覆再制造层与基体相比，其各强度提高10％以上，平均摩擦系数和磨损量分别为基体的65％和40％左右，修复后的电机转子使用寿命延长一倍，可有效节省生产制造成本；Si可有效提高激光熔覆层的硬度和熔覆层质量，同时保证熔覆层的厚度均匀性，熔覆层与转子基体结合效果更佳；Ti与B与C形成陶瓷增强相TiB2和TiC，可有效提升熔覆层的硬度和耐磨性能；Zr可有效细化熔覆材料的晶粒度，可有效提高熔覆层表面的光滑度和平整度，进而提高熔覆层的耐磨性能，同时Zr可与B形成二硼化锆，可有效加强熔覆层的硬度和耐热性能；在激光熔覆之后碳化钨进行分解后与铁结合形成FeW3C、Fe2W，可有效提升熔覆层的硬度，改善性能；配方中的氧化镧，可有效细化组织，使晶粒由原本的柱状晶转变为细小的胞状结构，进而有效提高熔覆层的硬度和耐磨性能；配方中的碳纤维与碳化钨配合，可对碳化钨激光熔覆后产物进行网络支撑，可有效保证熔覆层的表面硬度和冲击韧性；
[0023]2、本专利技术在制备半导体激光熔覆用合金粉末和熔覆的过程中，在步骤二中使用对喷式气流粉碎机对铁基合金粉末和补充剂进行共混粉碎处理，可有效缩小合金粉末的粒径，同时提高合金粉末粒径均匀性，加强合金粉末原料的混匀接触结合效果；步骤S1对转子轴使用丙酮进行预处理，保证转子轴的表面清洁度；步骤S3使用大功率半导体激光器与超声波振动处理相互配合对转子表面进行激光熔覆处理，半导体激光器可产生0.80～0.98μm波长的激光，由于金属材料对此波段激光的吸收率较高，更适宜于金属材料的激光再制造，
对激光熔覆用合金粉末处理效果更佳；超声振动处理使得熔覆层与转子的结合效果更好，同时生成更多柱状枝晶；使得熔覆层搭接处裂纹更少，组织结合密度提高，可有效减少熔覆层残余应力。
具体实施方式
[0024]实施例1：
[0025]本专利技术提供了一种半导体激光熔覆用合金粉末，包括铁基合金粉末和补充剂，所述补充剂与所述铁基合金粉末的重量比为：1∶10。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体激光熔覆用合金粉末，其特征在于：包括铁基合金粉末和补充剂，所述补充剂与所述铁基合金粉末的重量比为：1∶10～12。2.根据权利要求1所述的一种半导体激光熔覆用合金粉末，其特征在于：所述铁基合金粉末的成分及含量为：Cr：14～15％、Si：1.9～2.9％、Ti：15～25％、B：2.1～2.5％、Ni：1～3％、Zr：0.16～0.20％、Bi：11～13％、C：0.1～0.2％，余量为Fe和不可避免的微量杂质；所述补充剂按照重量百分比包括：32～36％的碳化钨、8.2～9.8％的氧化镧，其余为碳纤维。3.根据权利要求2所述的一种半导体激光熔覆用合金粉末，其特征在于：所述补充剂与所述铁基合金粉末的重量比为：1∶10，所述铁基合金粉末的成分及含量为：Cr：14％、Si：1.9％、Ti：15％、B：2.1％、Ni：1％、Zr：0.16％、Bi：11％、C：0.1％，余量为Fe和不可避免的微量杂质；所述补充剂按照重量百分比包括：32％的碳化钨、8.2％的氧化镧、59.8％的碳纤维。4.根据权利要求2所述的一种半导体激光熔覆用合金粉末，其特征在于：所述补充剂与所述铁基合金粉末的重量比为：1∶12，所述铁基合金粉末的成分及含量为：Cr：15％、Si：2.9％、Ti：25％、B：2.5％、Ni：3％、Zr：0.20％、Bi：13％、C：0.2％，余量为Fe和不可避免的微量杂质；所述补充剂按照重量百分比包括：36％的碳化钨、9.8％的氧化镧、54.2％的碳纤维。5.根据权利要求2所述的一种半导体激光熔覆用合金粉末，其特征在于：所述补充剂与所述铁基合金粉末的重量比为：1∶11，所述铁基合金粉末的成分及含量为：Cr：14.5％、Si：2.4％、Ti：20％、B：2.3％、Ni：2％、Zr：0.18％、Bi：12％、C：0.15％，余量为Fe和不可避免的微量杂质；所述补充剂按照...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海林，孔国财，乔林军，孙少权，房宝，李海，方蓉，
申请(专利权)人：银川怡祥矿山机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：