一种基于合金化层的激光熔覆方法技术

本发明专利技术属于激光加工制造领域，具体是一种基于合金化层的激光熔覆方法，适于在灰铸铁、球磨铸铁或蠕墨铸铁铸件上进行激光熔覆，在铸件铸造前、在铸件拟进行激光熔覆对应的砂型内壁部位涂敷合金浆料，涂敷后温热烘干，然后按照常规铸造方法进行浇注，合金浆料涂层经高温物化冶金反应冷却凝固后获得合金化层，对合金化层进行表面处理，最后将熔覆用合金粉末通过激光熔覆在合金化层表面上。与现有技术相比，本发明专利技术在铸件表面合金化后的部位进行激光熔覆，由于铸件表面形成的合金层隔离了石墨，避免了石墨参与到激光熔覆高温熔池中形成的气孔、裂纹、脆硬碳化物等组织缺陷，有效提高了铸铁件表面激光熔覆层的结合强度及功能特性。铁件表面激光熔覆层的结合强度及功能特性。铁件表面激光熔覆层的结合强度及功能特性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于合金化层的激光熔覆方法


[0001]本专利技术属于激光加工制造领域，具体是一种基于合金化层的激光熔覆方法。

技术介绍

[0002]激光熔覆技术是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、 抗氧化及电器特性等的工艺方法，是近年来发展迅速的表面处理技术。但通过激光熔覆方法得到的熔覆层与铸铁基体的结合强度不够，容易产生开裂、气泡等缺陷，影响激光熔覆层的使用寿命。

技术实现思路

[0003]为克服现有激光熔覆方法存在的技术缺陷，本专利技术提供一种基于合金化层的激光熔覆方法，所采取的技术方案是：一种基于合金化层的激光熔覆方法，适于在灰铸铁、球磨铸铁或蠕墨铸铁铸件上进行激光熔覆，与现有技术不同的是，在铸件铸造前、在铸件拟进行激光熔覆对应的砂型内壁部位涂敷合金浆料，涂敷后温热烘干，然后按照常规铸造方法进行浇注，合金浆料涂层经高温物化冶金反应冷却凝固后获得合金化层，对合金化层进行表面处理，最后将熔覆用合金粉末通过激光熔覆在合金化层表面上。
[0004]进一步地，合金浆料由合金粉末与粘结剂混合而成，粘结剂为水玻璃、酚醛树脂、磷酸二氢铝和/或聚乙烯醇。
[0005]进一步地，表面处理包括喷砂、磨抛和/或切削加工以去除合金化层表面的氧化物、夹渣和油污。
[0006]进一步地，合金化层的厚度为0.2
‑
2mm。
[0007]进一步地，合金浆料的合金粉末由以下重量百分比的原料经研磨混合而成：72.53%Fe、10%Ni、0.35%Al、1.82%Si、8.6%Cr、5.5%Nb、1.2C%；激光熔覆用的合金粉末由以下重量百分比经研磨混合而成：59.95%Fe、23%Ni、0.35%Al、0.82%Si、0.75%Ti、7.6%Cr、7.5%Nb、0.3C%。
[0008]进一步地，合金浆料的合金粉末与激光熔覆用的合金粉末组分相同，均由以下重量百分比的原料经研磨混合而成：59.95%Fe、23%Ni、0.35%Al、0.82%Si、0.75%Ti、7.6%Cr、7.5%Nb、0.3C%。
[0009]进一步地，激光熔覆工艺参数为：激光输出功率1.2～2.0kW，扫描速度1～7mm/s，送粉速率：0.2
‑
0.4r/min，光斑直径Φ4.2mm。
[0010]与现有技术相比，本专利技术在铸件表面合金化后的部位进行激光熔覆，由于铸件表面形成的合金层隔离了石墨，避免了石墨参与到激光熔覆高温熔池中形成的气孔、裂纹、脆硬碳化物等组织缺陷，有效提高了铸铁件表面激光熔覆层的结合强度及功能特性。
附图说明
[0011]图1是具体实施例中铸件浇注工艺的四联图。
[0012]图2是具体实施例中激光熔覆工艺的二联图。
[0013]图3是RuT450铸件表面通过激光熔覆后得到试样的金相四联图。
[0014]图4是合金化表面通过激光熔覆后得到试样的金相四联图。
具体实施方式
[0015]下面结合附图和试验例对本专利技术进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0016]如图1所示，通过如图1中a）所示数字化无模铸造紧密成型机加工成型制备上、下砂型，本试验例中下砂型具有一个长方体的型腔、与型腔相通的浇道和排气通道，如图1中b）所示。
[0017]将以下重量百分比的原料经研磨混合：59.95%Fe、23%Ni、0.35%Al、0.82%Si、0.75%Ti、7.6%Cr、7.5%Nb、0.3C%，然后加入酚醛树脂粘结剂搅拌成浆状的合金浆料，水玻璃、酚醛树脂、磷酸二氢铝和/或聚乙烯醇也可作为粘结剂。将合金浆料在型腔的底壁上进行涂覆，本实施例共涂覆了5块正方形区域，厚度为1mm，如图1中b）所示。对涂覆的合金浆料层进行温热干燥。
[0018]在另一优选实施例中，合金浆料的合金粉末由以下重量百分比的原料经研磨混合而成：72.53%Fe、10%Ni、0.35%Al、1.82%Si、8.6%Cr、5.5%Nb、1.2C%。
[0019]将上、下砂型进行打磨、修补、刷涂脱膜涂料及封箱膏后，将上、下砂型组装成一个完整的铸型，并安放置浇口、冒口，如图1中c）所示。
[0020]最后将熔融的RuT450铸铁液体从浇口倒入铸型内，如图1中d）所示，合金浆料层经高温物化冶金反应冷却凝固后获得获得合金化层，合金化层与RuT450铸铁件的基体结合在一起。
[0021]对铸件表面包括合金化层表面进行喷砂、磨抛或机加工等去除表面的氧化污、夹渣、油等污物。
[0022]在铸件表面及合金化层表面进行激光熔覆，如图2中a)所示，激光熔覆所用合金粉末为重量百分比的原料经研磨混合而成：59.95%Fe、23%Ni、0.35%Al、0.82%Si、0.75%Ti、7.6%Cr、7.5%Nb、0.3C%，激光输出功率1.2～2.0kW，扫描速度1～7mm/s，送粉速率：0.2
‑
0.4r/min，光斑直径Φ4.2mm。
[0023]在合金化层表面进行激光熔覆后的结果如图2中b)所示。
[0024]在合金化层外的铸件表面进行激光熔覆后的部位经过分割、研磨，制成试样后上镜得到图3所示的金相四联图。
[0025]从图3的a)可以看出，RuT450基体与熔覆层具有明显的界面，从b)可以看出，在界面附近存在大量片状石墨，说明石墨参与了到激光熔覆高温熔池，产生了c)和d)显示的大量网状连接的白口组织，白口组织的存是形成裂纹的源头，且向熔覆层进行扩展，使结合界面的强度存在降低的可能性。并且马氏体和莱氏体未浸入熔覆层，而马氏体的主要作用时提高表面硬度和耐磨性。因此熔覆层的强度较低。
[0026]在合金化层表面进行激光熔覆后的的部位经过分割、研磨，制成试样后上镜得到
图4所示的金相四联图。
[0027]从图4的c)、d)可以看出，RuT450基体与合金化层、合金化层与熔覆层没有明显的分界，从图4的a)可以看出，蠕虫状石墨发生了分解与球化现象，长条蠕虫状石墨变短，石墨前端变的圆钝，结合界面的石墨有效的减少了网状白口组织区域，提高了结合界面的强度，同时圆钝的石墨减小了石墨对基体的割裂作用，不会造成明显的应力集中现象，减小结合界面处易产生开裂的倾向。从图4的b)可以看出，合金层有效阻断了石墨参与激光熔覆熔池中，没有石墨渗入，没有产生白口组织，并在界面形成良好的马氏体组织。因此熔覆层的强度较高。
[0028]因此本专利技术的技术方案能有效提高激光熔覆层的结合强度及功能特性。
[0029]本说明书未详细说明之处为本领域的现有技术或公知常识。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于合金化层的激光熔覆方法，适于在灰铸铁、球磨铸铁或蠕墨铸铁铸件上进行激光熔覆，其特征在于，在铸件铸造前、在铸件拟进行激光熔覆对应的砂型内壁部位涂敷合金浆料，涂敷后温热烘干，然后按照常规铸造方法进行浇注，合金浆料涂层经高温物化冶金反应冷却凝固后获得合金化层，对合金化层进行表面处理，最后将熔覆用合金粉末通过激光熔覆在合金化层表面上。2.根据权利要求1所述的一种基于合金化层的激光熔覆方法，其特征在于，合金浆料由合金粉末与粘结剂混合而成，粘结剂为水玻璃、酚醛树脂、磷酸二氢铝和/或聚乙烯醇。3.根据权利要求1所述的一种基于合金化层的激光熔覆方法，其特征在于，表面处理包括喷砂、磨抛和/或切削加工以去除合金化层表面的氧化物、夹渣和油污。4.根据权利要求1所述的一种基于合金化层的激光熔覆方法，其特征在于，合金化层的厚度为0.2
‑
2mm。5.根据权利要求1所述的一种基于合金化层的激光熔覆方法，其特征在于，合金浆料...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙福臻，姜波，
申请(专利权)人：北京机科国创轻量化科学研究院有限公司烟台分公司，
类型：发明
国别省市：