一种激光复合等离子电火花合金化方法技术

本发明专利技术涉及一种激光复合等离子电火花合金化方法，石墨作阳极，钢部件作阴极；包括下列步骤：步骤一，通过等离子电火花合金化对钢部件进行渗碳；步骤二，等离子电火花合金化之后进行表面激光处理；步骤三，通过等离子电火花合金化进行渗碳时，直接在电极后面聚焦束，并在垂直于合金化方向上对渗碳层进行横向扫描，激光重熔深度为0.05至0.50mm。按照原型方法，在指定加工条件下，通过逐步降低加工能量进行多道电蚀合金化，可以得到深度为0.30

【技术实现步骤摘要】
一种激光复合等离子电火花合金化方法


[0001]本专利技术属于激光、电物理和电化学加工方法
，尤其涉及一种激光复合等离子电火花合金化方法。

技术介绍

[0002]已知的一种通过电蚀合金化硬化钢零件表面的方法[专利UA103701C2:通过热处理硬化钢零件表面的方法。专利技术人:Martsinkovskiy V.S., Tarelnik V.B. 2013年11月11日]。本专利技术专利提供一种通过热处理硬化钢零件表面的方法。本方法包含电蚀合金化，即对热处理后的零件进行电蚀合金化与离子氮化，其中离子氮化在电蚀合金化之前和之后进行。离子氮化时间以确保合金化层能充分氮化。通过这种方法可以提高合金化层的性能，特别是耐磨性。
[0003]已知的一种通过用高能束处理来平滑和抛光表面的方法 [专利 US7592563B2: Method for smoothing and polishing surfaces by treating them with energetic radiation. 专利技术人: K. Wissenbach, E. Willenborg, N.Pirch. C21D1/09. 22.09.2009.]。本专利技术涉及一种使用高能束，特别是激光束来平滑和抛光表面的方法。本方法分为两个阶段，第一阶段使用指定的能量束重熔待平滑表面，使用连续辐射或脉冲持续时间≥100微秒的脉冲辐射，重熔深度为5至100 微米；第二阶段采用第一阶段的加工参数进行抛光，抛光深度大于平滑表面的粗糙度值。使用这个方法可以快速且经济地抛光三维体表面。
[0004]与所描述的方法在技术本质(原型)上最接近的是一种通过电蚀合金化进行钢件渗碳的方法[专利 RU 2468899 C1: 一种使用电蚀合金化进行钢件渗碳的方法。专利技术人：Martsinkovskiy V.S., Tarelnik V.B., Bratushchak M.P. B23Н9/00. 10.12.2012.] 。根据本专利技术，钢件渗碳时，石墨作阳极，钢件作阴极，分阶段对零部件表面进行电蚀合金化。在随后的每个阶段，电蚀合金化的放电能量逐步降低，这样既可以降低钢件表面粗糙度，又能保持表面质量。
[0005]一种通过电蚀合金化硬化钢零件表面的方法的缺点是需要执行两个操作（电蚀合金化和相应的离子氮化），这会导致设备数量增加、加工成本增加、生产率下降。同时，电蚀合金化过程中发生的微电弧作用造成金属飞溅，增加了加工表面的粗糙度。
[0006]一种通过用高能束处理来平滑和抛光表面的方法的缺点是仅改善了待处理表面的粗糙度，而没有使其得到硬化。
[0007]一种通过电蚀合金化进行钢件渗碳的方法的缺点是渗碳后没有进行热处理，会导致处理的表面上形成碳化物网状裂纹、且碳化物厚度不均匀，耐磨层强度不足。
[0008]针对上述技术问题，故需要进行改进。

技术实现思路

[0009]本专利技术旨在提供一种激光复合等离子电火花表面合金化方法。解决现有技术中渗
碳后没有进行热处理，导致处理的表面上形成碳化物网状裂纹、且碳化物厚度不均匀，耐磨层强度不足等问题。与渗碳过程相比，通过本方法，可以显著提高表面硬度和耐磨性，同时降低表面粗糙度、均匀渗碳层。
[0010]为了达到以上目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种激光复合等离子电火花合金化方法，石墨作为阳极，钢部件作为阴极；包括下列步骤：步骤一，通过等离子电火花合金化对钢部件进行渗碳；步骤二，等离子电火花合金化之后进行表面激光处理；步骤三，通过等离子电火花合金化进行渗碳时，直接在电极后面聚焦激光束，并在垂直于合金化方向对渗碳层进行横向扫描，激光重熔深度为0.05至0.50mm。
[0011]作为本专利技术的一种优选方案，通过等离子电火花合金化进行渗碳时，直接在电极前面聚焦激光束，垂直于合金化方向进行横向扫描，激光重熔深度为0.05至0.50mm。
[0012]作为本专利技术的一种优选方案，在使用等离子火花合金化进行渗碳时，可在电极前后同时聚焦激光束，垂直于合金化方向进行横向扫描，激光重熔深度为0.05至0.50mm。
[0013]作为本专利技术的一种优选方案，激光重熔是在等离子电火花合金化之后进行的，横向扫描可以进行也可以不进行。
[0014]作为本专利技术的一种优选方案，激光扫描的搭接率为0
‑
50%，扫描轨道之间的距离为轨道宽度的10
ꢀ‑
100%。
[0015]作为本专利技术的一种优选方案，石墨电极含有尺寸小于100μm的高硬度耐磨微粒，激光束可以是连续的，也可以是脉冲的。
[0016]作为本专利技术的一种优选方案，使用连续激光束时，功率范围为20
‑
2000W；使用脉冲激光束时，脉冲频率为5Hz至50kHz，功率范围为20
‑
2000W。
[0017]作为本专利技术的一种优选方案，可使用合金材料电极，此时在零件合金化区域形成金属间化合物相。
[0018]作为本专利技术的一种优选方案，等离子电火花和激光处理在氮气或二氧化碳气体气氛中进行。
[0019]作为本专利技术的一种优选方案，可使用钛合金或铝合金零件作为阴极。
[0020]本专利技术的有益效果是：1.本专利技术在指定的加工条件下，在金属基材上获得深度为0.5mm硬化层，包含重熔合金区（深度为0.30
‑
0.35mm）和固相硬化区。在此情况下，加工的表面粗糙度为 Ra 2.5
‑
5.0mm。按照原型方法，通过逐步降低加工能量进行多道电蚀合金化，可以得到深度为0.30
‑
0.35 mm且表面粗糙度不超过Ra5.0mm的渗碳层。
[0021]2.根据原型方法使用石墨电极进行电蚀合金化，测得的加工表面磨损率为0.55 g/h；使用本方法进行合金化，测得的磨损率为0.40 g/h；当使用含有Al2O
3 微粒添加剂的石墨电极时，测得的磨损率为0.30g/h。
[0022]3.本专利技术与使用相同电极的原型方法相比，使用所提出的一种激光复合等离子电火花合金化方法可以使耐磨性提高约35
‑
40%，在使用改性电极情况下，耐磨性可以提高80%，同时降低表面粗糙度。
[0023]这表明其有效性。
附图说明
[0024]图1是本专利技术一种激光复合等离子电火花合金化方法的原理图；图中，1
‑
脉冲发生器2
‑
工件3
‑
电极4
‑
振动器5
‑
激光束图2是本专利技术中所用的由VoroshilovgradPTIMASh公司(俄罗斯)生产的EILV
‑
8电火花加工装置；图3是本专利技术中所用的由MaxphotonicsCo.,Ltd公司（中国）生产的MFSC1000W光纤激光器；图4是本专利技术使用石墨电极对100
×
50mm板材的表面合金化图；图5是本专利技术聚焦激光束的扫描搭接率为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光复合等离子电火花合金化方法，石墨作阳极，钢部件作阴极；其特征在于，包括下列步骤：步骤一，通过等离子电火花合金化对钢部件进行渗碳；步骤二，等离子电火花合金化之后进行表面激光处理；步骤三，通过等离子电火花合金化进行渗碳时，直接在电极后面聚焦激光束，并在垂直于合金化方向对渗碳层进行横向扫描，激光重熔深度为0.05至0.50mm。2.根据权利要求1所述的一种激光复合等离子电火花合金化方法，其特征在于：通过等离子火花合金化进行渗碳时，直接在电极前面聚焦激光束，并在垂直于合金化方向对渗碳层进行横向扫描，激光重熔深度为0.05至0.50mm。3.根据权利要求1所述的一种激光复合等离子电火花合金化方法，其特征在于：在使用等离子电火花合金化进行渗碳时，可在电极前后同时聚焦激光束，并在垂直于合金化方向进行横向扫描，激光重熔深度为0.05至0.50mm。4.根据权利要求1所述的一种激光复合等离子电火花合金化方法，其特征在于：激光重熔是在等离子电火花合金化之后进行的，而且横向扫描可以进行也可以不进行。5.根据权利要求1所述的一种激光复合等离子电火...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭瑞，
申请(专利权)人：浙江巴顿焊接技术有限公司乌克兰国家科学院巴顿焊接研究所中国乌克兰巴顿焊接研究院对外经济代表处，
类型：发明
国别省市：