一种穿孔顶头表面强化的激光熔覆方法技术

一种穿孔顶头表面强化的激光熔覆方法，其包括如下步骤：１）预制ＷＣ／Ｃｏ基熔覆粉末；２）顶头工件表面预处理，清污、铁锈；预热，温度４００～６００℃，预热２～５小时；３）ＣＯ↓［２］激光器采用逆向同步式或同轴式送粉方式，多道次熔覆已预制的复合粉末；并同时对激光熔覆处理区域进行同步的惰性气体保护；４）后续处理。本发明专利技术采用激光在穿孔顶头表面制备ＷＣ陶瓷颗粒增强Ｃｏ基复合涂层，涂层与基体呈冶金结合，提高了涂层与基体的结合力；涂层厚度最大可达到几个毫米；ＷＣ颗粒表面包覆Ｎｉ，可以减少ＷＣ对激光能量的吸收，降低其在激光熔池的烧损率。ＷＣ颗粒在涂层中分布均匀，具有高的涂层硬度，提高顶头的使用性能，延长使用寿命。

Laser cladding method for surface strengthening of punched plug

A perforated laser cladding method for surface strengthening of plug, which comprises the following steps: 1) prefabricated WC / Co based cladding powder; 2) top surface pretreatment, cleaning and rust; preheating temperature of 400 ~ 600 DEG C, preheating 2 to 5 hours; 3) CO: 2 by laser with the reverse step or coaxial powder feeding mode, multi pass laser cladding composite powder has been preformed; and inert gas protection synchronization of laser cladding processing area; 4) following treatment. The invention adopts the laser in the Co based composite coating reinforced by WC ceramic particles piercing surface, coating is metallurgical bonding with matrix, improve the adhesion of the coating and substrate; coating thickness can reach several millimeters; WC particles coated with Ni, can reduce the WC of laser energy absorption, decreasing the laser melting cell loss rate. The WC particles are evenly distributed in the coating, which has high coating hardness, improves the service performance of the plug and prolongs the service life.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料表面强化
，特别涉及一种穿孔顶头表面强化 的激光熔覆方法。
技术介绍
穿孔顶头是生产不锈钢、耐热钢、轴承钢和其它特种合金钢管的关键 工具，其使用寿命的高低对产品的产量、质量、生产成本都有直接影响。顶头工作时，温度在100(TC左右，并承受着巨大的轴向压力、径向压力、旋 转摩擦力、骤冷骤热的热应力等复合应力，使用中易发生鼻部塌腔、变形、粘 钢和开裂等失效。因此，要求其具有良好的耐磨性、抗高温氧化性和耐激冷激 热性，以满足恶劣的生产使用条件。目前，国际上有关提高顶头使用性能的方法围绕下述方向己经形成多项专利1. 选用不同的穿孔顶头材料。美国专利2007020137公开了一种含Cr、 WC的镍基合金制备穿孔顶头，由于顶头以Ni为基体，性能较好，但价格昂 贵。目前，属内制备顶头的材料一般选用合金钢，中国专利1112165采用Fe 基Cr-Ni-Mo系合金材料，通过提高基体合金含量改善顶头使用性能。中国专 利公开号1243170公开了一种在铁基合金中添加5 %稀土元素提高穿孔顶头性 能的方法，稀土可净化晶界，降低S、 P含量。但是，由于以上专利仍采用Fe 基体材料，在顶头恶劣的工作环境中，使用寿命仍有待进一步提高。2. 采用各种涂层制备技术。中国专利公开号1459514采用表面原子束沉 积，包括电子束蒸发、磁控溅射等多种PVD技术在顶头表面沉积耐磨耐热 MCrAlR薄膜，中国专利公开号1990905公开了一种通过高能离子注入在钢基 体中制备WC梯度层技术，基体表面可形成WC合金梯度层。以上技术形成 的薄膜致密性较好，具有一定的强度和抗氧化性能。但制造需在真空中进行， 费用较高，且与基体的结合强度不足，特别是涂层有效厚度属于微米级，难以 承受顶头较长的工作时间，使用过程中有害杂质会深入涂层内部使之发生腐蚀而损坏，或在使用早期即出现局部的撕落。综上所述，己有的穿孔顶头改性技术，在制备成本和使用性能方面仍难以满足实际使用的需要，生产中急需一种表面耐磨和抗热性能远高于铁基合金，有效工作层与基体结合牢固，具有一定尺寸厚度，成本较低的穿孔顶头制备方法。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供，使用高功率C02激光器在穿孔顶头表面快速熔覆制备具有一定厚度的WC颗粒弥散增强Co基复合涂层。涂层与基体形成牢固的冶金结合，具有耐高温氧化、高硬度、耐磨损和抗热裂性能，可显著提高顶头的使用寿命，并具有制备成本低，可用于报废顶头局部修复等优点。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是，，其包括如下步骤1) 预制WC/Co基熔覆粉末，基体材料为Co基合金粉末，陶瓷增强相为WC，复合粉末质量百分比为Co基基体材料75-90%， WC增强相10-25%;2) 顶头工件送入C02激光器前的表面预处理，清污、铁锈，获得清洁的表面；对顶头预热，预热温度.400 600。C，预热2 5小时，以降低基材与熔覆涂层之间的温度梯度；3) C02激光器采用逆向同步式或同轴式送粉方式，多道次熔覆已预制的复合粉末；并同时对激光熔覆处理区域进行同步的惰性气体保护；4) 后续处理。进一步，所述的陶瓷增强相WC经过包覆处理，所述的包覆处理为用镍为包覆材料，包覆后WC合金颗粒成分质量百分比为60-90%WC，10-40%包覆材料。步骤(2)在顶头工作面上涂刷磷化锌涂料，进行工作面黑化处理，以增强顶头工作面的抗锈抗蚀能力。步骤(3)所述的激光熔覆工艺参数激光功率l-5kW，激光扫描速度100-500mm/min，激光光斑直径2-6mm，激光多道次搭接率20-60%;所述的惰性保护气体为氩气或氮气；激光熔覆能得到厚度可控的钴基合金涂层。步骤(3)激光熔覆能得到的钴基合金涂层厚度为0.5 3mm。步骤(4)所述的后续处理为穿孔顶头表面经激光多道次熔覆钴基涂层后冷却，在热处理炉中对样品进行去应力退火，消除激光熔覆涂层的热应力，退火温度400 600。C，时间8 12小时，出炉后熔覆层表面经打磨、抛光。本专利技术具有以下优点和效果1. 使用高功率的C02气体激光器在穿孔顶头表面制备WC陶瓷颗粒增强Co基复合涂层，涂层与基体呈冶金结合，提高了涂层与基体的结合力，解决了涂层易脱落的问题，且涂层厚度可控，最大可达到几个毫米，有利于结构涂层性能的发挥。2. WC颗粒表面包覆Ni， 一方面可以减少WC对激光能量的吸收，降低其在激光熔池的烧损率；另一方面，表面包覆的Ni与涂层Co基基体的材料热物性十分相似、润湿性较好，有利于WC颗粒与钴基合金基体之间形成冶金结合，提高WC颗粒在涂层中分布均匀性，赋予涂层高的硬度和耐磨性能。3. 激光熔覆WC颗粒增强Co基合金涂层与其它技术制备的涂层相比，具有更优良的耐磨性能和抗高温氧化性能，且激光熔覆涂层具有细小的晶粒组织，可进一步提高涂层的硬度，提高顶头的使用性能，延长使用寿命。4. 本专利技术顶头工作面硬度可达到55HRC以上，可用于穿孔顶头表面高性能强化，也可用于报废顶头局部的修复，节约了生产成本，对冶金行业可产生较好的经济和社会效益。附图说明图1为本专利技术WC颗粒在激光熔覆Co50复合合金涂层分布示意图;图2为本专利技术WC颗粒与涂层基体形成冶金结合示意图。.具体实施例方式实施例1穿孔顶头表面强化激光熔覆方法，工艺包括如下歩骤(1)试样预处理清除顶头工作面、黑化处理，然后对该顶头在500T预热3.5小时；(2)熔覆粉末预制按质量比将基体Co 50和Ni包WC陶瓷增强相两种粉末配制含15 wt.% WC的混合粉末，在研磨皿里经充分研磨后烘干；(3)激光熔覆工艺激光器的功率调整为2.4kW，激光扫描速度为220mm/min，激光光斑直径为5mm，激光扫描道次搭接率为40%，同时在激光器作用下将预制好的复合合金粉末采用逆向同歩式送粉方式熔覆在该顶头工作面上；(4)后续处理将激光熔覆后的穿孔顶头置于热处理炉中进行50(TC去应力退火10小时，随后出炉，表面打磨后即可使用。实施例2穿孔顶头表面强化激光熔覆方法，工艺包括如下步骤(l)试样预处理清除顶头工作面、黑化处理，然后对该顶头在400。C预热5小时；(2)熔覆粉末预制按质量比将基体Co50和Ni包WC陶瓷增强相两种粉末配制含10wt.%WC的混合粉末，在研磨皿里经充分研磨后烘干；(3)激光熔覆工艺激光器的功率调整为1.8kW，激光扫描速度为300mm/min，激光光斑直径为5mm，激光扫描道次搭接率为50%，同时在激光器作用下将预制好的复合合金粉末采用逆向同步式送粉方式熔覆在该顶头工作面上；(4)后续处理将激光熔覆后的穿孔顶头置于热处理炉中进行400C去应力退火12小时，随后出炉，表面打磨后即可使用。实施例3穿孔顶头表面强化激光熔覆方法，工艺包括如下步骤(l)试样预处理清除顶头工作面、黑化处理，然后对该顶头在600t:预热3小时；(2)熔覆粉末预制按质量比将基体Co50和M包WC陶瓷增强相两种粉末配制含20wt，。WC的混合粉末，在研磨皿里经充分研6磨后烘干；(3)激光熔覆工艺激光器的功率调整为3.0kW，激光扫描速度为150mm/min，激光光斑直径为4 mm，激光扫描道次搭接率为30%，同时在激光器作用下将预制好的复合合金粉末采用逆向同步式送粉方式熔覆在该顶头工作面上；(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种穿孔顶头表面强化的激光熔覆方法，其包括如下步骤：　１）预制ＷＣ／Ｃｏ基熔覆粉末，基体材料为Ｃｏ基合金粉末，陶瓷增强相为ＷＣ，复合粉末质量百分比为：Ｃｏ基基体材料７５－９０％，ＷＣ增强相１０－２５％；　２）顶头工件送入ＣＯ↓［ ２］激光器前的表面预处理，清污、铁锈，对顶头预热，预热温度４００～６００℃，预热２～５小时；　３）ＣＯ↓［２］激光器采用逆向同步式或同轴式送粉方式，多道次熔覆已预制的复合粉末；并同时对激光熔覆处理区域进行同步的惰性气体保护；　４ ）后续处理。

【技术特征摘要】
1. 一种穿孔顶头表面强化的激光熔覆方法，其包括如下步骤1)预制WC/Co基熔覆粉末，基体材料为Co基合金粉末，陶瓷增强相为WC，复合粉末质量百分比为Co基基体材料75-90％，WC增强相10-25％；2)顶头工件送入CO2激光器前的表面预处理，清污、铁锈，对顶头预热，预热温度400～600℃，预热2～5小时；3)CO2激光器采用逆向同步式或同轴式送粉方式，多道次熔覆已预制的复合粉末；并同时对激光熔覆处理区域进行同步的惰性气体保护；4)后续处理。2. 如权利要求1所述的穿孔顶头表面强化的激光熔覆方法，其特征是， 所述的陶瓷增强相WC经过包覆处理，所述的包覆处理为用镍为包覆 材料，包覆后WC合金颗粒成分质量百分比为60-90%WC， 10-40%包覆材料。3. 如权利要求1所述的穿孔顶头表面强化的激光熔覆方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜永根，何宜柱，张晖，陆明和，顾之毅，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]