[發明專利]一種激光熔覆制備波形結合面金屬層合板的方法

無效

• 申請號: 201410164089.5
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN103966596A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 王續躍;高美娜;趙志偉;徐文驥;王連吉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞;梅洪玉

技術領域

本發明屬于金屬層合板激光熔覆制備技術領域，涉及一種激光熔覆制備波形結合面金屬層合板的方法。

背景技術

金屬層合板是由兩種或兩種以上具有不同材料金屬材料復合制備而成，它既保持各層材料原有的性能特征，又有在物理、力學和機械性能方面比單一材料更加優越的特點。由于海洋、航空等高端運載器工程的發展，要求材料具有高強度、耐腐蝕、耐高溫等性能，對材料的耐蝕耐磨等性能提出了更高要求，甚至某些特殊材料要求材料強度增大，但比重減小。金屬層合板這種復合板具有不同材料面結合性能弱化和沿板厚方向材料、力學性能存在不均勻，導致其成形精度、質量難以精確控制，甚至失效，限制了運載器的承載能力，也影響石油、化工、水利等領域中關鍵零部件的使用性能。

金屬層合板制備方法中結合面存在的缺陷問題，如在爆炸復合過程中塑性變形及物理性能差異導致應力集中、界面有雜質和孔洞等裂紋源，致使界面性能弱化；冷軋復合時大塑性變形而產生機械嵌合，其粘結強度較低；熱軋層合板過度擴散會使大量合金碳化物及脆性相生成，結合強度降低。針對金屬層合板結合面金相組織形態，研制出波狀結合面金屬層合板，使復合板在具有較高界面強度和質量，獲得符合工程技術要求的金屬層合板件。本發明一種激光熔覆制備波形結合面層合板的方法研究，將解決爆炸和軋制結合面強度弱化問題，對豐富層合板材成形技術、促進金屬層合板廣泛應用、節約稀貴金屬資源、為激光熔覆制備層合板的廣泛應用提供了技術和實驗依據。

發明內容

針對金屬層合板沿板厚方向存在材料、物理性質差異，導致現有軋制金屬層合板(基板厚0.8-3.0mm，覆層厚0.09-0.25mm)等制備方法的覆層和基層結合面屬于平面結合，通常存在裂紋等缺陷問題。

本發明提供了一種激光熔覆制備波形結合面金屬層合板的方法，具體步驟如下：將金屬基體1置于激光加工機的工作臺上，激光束3照射金屬基體1表面，激光功率為550-640W、掃描速度為300-500mm/min的激光束3輻照加熱金屬基體1；在惰性氣氛保護下，同軸同步輸送送粉量為1.5-2.5g/min的覆層粉末2，使覆層粉末2和金屬基體1的表面局部熔化產生熔池4，激光束3沿掃描方向5熔覆，即形成單道熔覆層；然后，沿垂直于掃描方向5的搭接方向6移動搭接系數為0.3-0.4的搭接距離繼續掃描，形成雙道熔覆層，以此類推，重復上述掃描，即在金屬基體表面形成一層冶金結合的熔覆層7，其中熔池的峰谷之差控制波形結合面的波高0.01～0.14mm，搭接距離控制波形結合面的波間距0.62～1.15mm，從而形成具有波形結合面的金屬層合板。

本發明的有益效果是激光熔覆制備金屬層合板的方法，獲得了不銹鋼-碳鋼冶金結合及組織性能均良好的層合板，屈服強度和延伸率均達到了不銹鋼層合板的標準要求。激光熔覆層合板試件覆層厚度范圍0.1～0.32mm，屈服強度為410MPa，超過軋制層合板的326MPa。

附圖說明

圖1是激光熔覆制備金屬層合板的原理圖。

圖2是激光熔覆制備波形結合面的工藝方法示意圖。

圖3是激光熔覆制備波形結合面樣件的金相照片。

圖中：1金屬基體；2覆層粉末；3激光束；4熔池；5掃描方向；

6搭接方向；7熔覆層；8波高；9波間距；10波形結合面；

11金屬層合板。

具體實施方式

結合技術方案和附圖詳細說明本發明的具體實施方式。

實施例

激光熔覆前將碳鋼板待復合面進行修磨處理露出新鮮平整干凈的加工表面，利于在熔覆過程中兩種金屬原子間的相互擴散，實現冶金結合。同時將304不銹鋼粉末干燥以提高粉末流動性，采用氬氣作為保護氣體。采用連續型Nd:YAG固體激光器，功率為550-640W，掃描速度為300-500mm/min,送粉量為2g/min，搭接系數為0.3，光斑直徑為2mm。將碳鋼基體1置于激光加工的工作臺上，開啟激光束3照射板件碳鋼基體1表面的同時，同軸同步輸送覆層不銹鋼粉末2，高能密度激光束3輻照加熱，使覆層粉末2和基體1的表面局部熔化產生熔池4，激光束3沿掃描方向5熔覆，即形成單道熔覆層，然后，沿垂直于掃描方向5的搭接方向6移動搭接系數的搭接距離繼續掃描，形成雙道熔覆層，以此類推，多次重復上述掃描，即在基體表面形成一層冶金結合的熔覆層7，即而形成具有一定波高8和波間距9的波形結合面10的不銹鋼-碳鋼層合板11。