[發明專利]激光合金化粉末及其在鋼瓶環模激光表面合金化中的應用

有效

• 申請號: 201410172080.9
• 申請日: 2014-04-26
• 公開（公告）號: CN103920872A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 田為軍;王綏義
• 申請（專利權）人: 武漢高斯激光技術有限公司
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;C22C29/06;C23C24/10
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 余曉雪;王敏鋒

技術領域

本發明涉及激光合金化加工材料及其應用技術領域，具體涉及一種激光合金化粉末及其在鋼瓶環模激光表面合金化中的應用，適用于沖拔式鋼瓶生產線所用的鋼瓶環模。

背景技術

對于沖拔式鋼制氣瓶生產線來說，其生產效率主要取決于生產氣瓶所用的模具——鋼瓶環模的性能。如何提高鋼瓶環模的紅硬性能，延長鋼瓶環模的服役時間，從而提高過瓶量，是提高鋼瓶產量的關鍵因素。

鋼瓶環模的過瓶量是指一個新的鋼瓶環模從上線使用到失效(出現軟化、粘鋼、凹坑等影響鋼瓶產品質量的缺陷即為失效)，所能生產的鋼瓶數量。當鋼瓶環模失效時，生產線必須停止生產，更換鋼瓶環模，才能繼續生產，因此過瓶量是衡量沖拔式鋼瓶生產線生產效率的最重要指標。

鋼瓶環模是一種熱作模具，由于鋼瓶環模在高溫狀態下工作，燒紅的鋼坯在頂桿的強力作用下擠壓穿過鋼瓶環模，因此對鋼瓶環模的耐熱性能有較高要求，目前市場上主要采用耐高溫性能良好的H13鋼制作。

H13鋼是熱作模具鋼，其牌號為4Cr5MoSiV1，該鋼具有高的淬透性和抗熱裂能力，含有較高含量的碳和釩，耐磨性好，韌性相對有所減弱，具有良好的耐熱性，在較高溫度時具有較好的強度和硬度，高的耐磨性和韌性，優良的綜合力學性能和較高的抗回火穩定性。

即使H13鋼具有良好的耐熱性能，但由于這種鋼材價格昂貴，而且更換鋼瓶環模會嚴重影響生產效率，因此，提高過瓶量仍然是非常有價值的研究課題。

常規方法有淬火、滲碳、滲氮等方式，但這些方法的效果非常有限，因為鋼瓶環模的工作環境是高溫環境，傳統的淬火在高溫環境下又進入了退火狀態。另外，對于滲碳這種工藝來說，滲入過多的碳會使鋼瓶環模的韌性降低。

近年來出現了表面合金化的技術，在鋼瓶環模工作面表面形成一層耐高溫的合金層，合金層成分的不同，得到的效果也不一樣。本發明經過反復試驗驗證之后，得到了一種效果優異的激光合金化合金粉末，用這種粉末在激光的作用下，在鋼瓶環模工作面表面形成一層特種合金成分，使用壽命能顯著提高。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明的第一個目的在于提供了一種激光合金化粉末。

第二個目的在于提供了一種上述激光合金化粉末在鋼瓶環模激光表面合金化中的應用，填補了鋼瓶環模表面合金化處理的技術空白。

本發明通過添加合金元素和優化工藝，使鋼瓶環模的工作面表面形成一層耐高溫性能很好的合金層，有效阻止了鋼瓶環模出現軟化、粘鋼、凹坑、開裂等失效形式，相同工況條件下過瓶量提高2倍以上。

為了實現上述發明目的，本發明采取了以下技術措施。

一種激光合金化粉末，由碳化鎢粉、碳化硼粉、鉬粉、鉻粉和鎳粉混合而成，各組分的重量配比為碳化鎢粉：碳化硼粉：鉬粉：鉻粉：鎳粉＝40：35：4：15：6，其中各粉末尺寸均為納米級別的，所述碳化鎢粉、碳化硼粉、鉬粉、鉻粉和鎳粉的粒徑范圍均為50nm-100nm(即50-100納米)；

所述碳化鎢粉、碳化硼粉、鉬粉、鉻粉和鎳粉的純度均為97-99wt％；

上述激光合金化粉末在鋼瓶環模激光表面合金化中的應用，其步驟如下：

A、將欲處理的鋼瓶環模工作面用普通車床車削平整，然后將車削好的鋼瓶環模裝于機床上，其軸線沿水平方向，并可繞軸轉動，用酒精或丙酮對鋼瓶環模工作面進行清洗，直至工作面光潔，無油污；

B、用無水酒精將激光合金化粉末和酚醛樹脂調成漿糊狀合金化涂料，用軟毛刷蘸取該涂料，均勻地刷涂在工作面上，涂層厚0.1-0.15mm，并晾干或吹干；

所述激光合金化粉末和酚醛樹脂的重量比為(94-98)：(2-6)；

C、用激光束連續掃描整個工作面，激光輸出功率4.0-4.5KW，光斑直徑Ф3.0-3.5mm，掃描速度4.0-4.5m/min，熔道間的搭接率20-30％，同時吹保護氣，保護氣為氬氣，氦氣和氮氣中的一種(考慮到成本因素，一般選擇普通氮氣)，保護氣輸出壓力0.1-0.2Mpa；

用以上技術方法處理過的鋼瓶環模表面高溫硬度高、光潔度好、磨擦系數低，不需要后續機加工，可直接上生產線使用。

WC(碳化鎢)是種高硬度，抗高溫軟化的粒子，抗磨性極好。它的配入起彌散強化的作用，大大提高了合金化層的抗磨性。本發明激光合金化粉末中WC含量為40wt％。