[發明專利]粉末熱鍛浮動油封環耐磨有孔激光熔覆涂層的形成方法

無效

• 申請號: 201410263708.6
• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號: CN104152893A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 吳偉輝;羅鵬
• 申請（專利權）人: 韶關學院
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司 44100
• 代理人: 華輝

技術領域

本發明屬于激光熔覆技術領域，具體涉及一種粉末熱鍛浮動油封環耐磨有孔激光熔覆涂層的形成方法。

背景技術

激光熔覆是利用高能量密度的激光束，采用粉末材料，在工件的表層進行熔覆處理，以獲得優良力學性能涂層的激光表面改性技術。激光束掃描后，熔覆的表面合金由于基體材料的迅速導熱而產生極高的冷卻速度而快速凝固結晶，不但產生牢固、良好的冶金結合,而且還獲得細小均勻的顯微組織(即涂層微觀組織優良)，因此可獲得具有非常優異力學性能和耐磨、耐蝕性能的表面涂層。相對傳統的熱處理技術，激光熔覆技術具有以下主要優點：(1)激光能量密度高，加熱速度快，對基材熱影響小，工件變形小，易于實現自動化柔性加工。(2)通過調節激光輸入能量，可將基材的稀釋率控制在極低范圍(一般為2％～8％，質量分數)，從而保持了熔覆層材料原本的優異性能。(3)激光熔覆層與基材間牢固結合，為冶金結合。(4)熔覆層組織致密均勻，極大提高了工件表面的硬度、耐磨、耐腐蝕及抗疲勞等性能，且延長了材料的使用壽命，尤其在廢件維修的應用上具有難以估計的價值。(5)適用范圍廣，理論上任何基材表面均能激光熔覆幾乎所有的金屬或陶瓷材料。因此，目前采用激光熔覆技術對金屬零部件進行強化處理已成為提高金屬零件力學性能及價值的利器。

激光熔覆工藝的粉末添加方式通?？煞譃橥捷斔秃头勰╊A置兩種。同步輸送方式具有易實現自動控制、熔覆效率高、熔覆層無氣孔等優點，但須用到專用的激光熔覆噴頭、送粉器以及大功率激光器，因而設備成本高。同時，相對于預置式激光熔覆工藝，其成型表面較為粗糙。

預置式粉末添加方式具有不受材料的限制、易于進行復合成分粉末的熔覆、工藝簡單、操作靈活等優點。目前常采用的粉末預置方法主要包括熱噴涂法和化學黏結法：熱噴涂法在預置粉末的過程中除需要專用的噴涂設備外，其粉末的損失量很大(約為30％～40％)，該方法還存在對粉末粒度的要求較高等不足；對于化學粘結法而言，由于使用了各種黏結劑，在熔覆過程中極易產生氣孔等缺陷，同時粘結劑的加入對熔覆層成分也會產生不同程度的不利影響；此外，傳統粉末預置法通常難以精確控制粉末預置的厚度，導致熔覆層厚度不足或需較多后續機加工工作。為克服上述不足，申報發明專利及申報實用新型(申報號分別為201110440356.3及201120549785.X)提出一種采用光纖激光的熔覆裝置，該裝置采用鋪粉滾預置的金屬粉末實現粉末預置，但是基于選區激光燒結技術的鋪粉滾鋪粉機構，在展開多層熔覆時，很容易因熔覆區域有凸起而發生鋪粉滾與熔覆面碰撞現象，這嚴重影響了粉末預置過程的穩定性，甚至將熔覆件撞壞或者將鋪粉滾卡住，造成熔覆失敗。

浮動油封是一種專門針對大負荷、惡劣工作環境所設計的機械密封，具有抗污性能好，耐壓、耐磨、自動補償端面磨損等特點，所以在機械工程領域得到廣泛應用。其結構一般由兩個金屬浮動油封環和兩個橡膠密封圈共四組件配套組成，其工作原理就是一對橡膠密封圈在金屬浮動油封環的支撐下與腔體形成一個封閉的空間(但不與軸接觸)，旋轉時浮動油封環的兩個經過研磨的表面緊密配合并相對滑動，一方面保證運轉良好，另一方面有效封隔外界的灰塵、水、污泥等，保護內部的潤滑油脂不泄露。

由于浮動油封環用量大，要求硬度高，密封性、耐磨性好，用一般熔鑄材料制造的浮動油封環難于達到技術要求，在國外多采用合金鑄鐵精密鑄造，但需要添加大量稀缺昂貴的Cr、Ni、Mo等元素，且廢品率較高、生產率低、成本高。國內也有廠家采用粉末熱鍛法生產浮動油封環，粉末熱鍛法可根據需要在零件不同的部位配置合適含量的貴金屬元素，以達到既能滿足使用要求，又能節省生產成本的效果。但是采用粉末熱鍛法制造的浮動油封環，其內部仍存在孔洞，致使其工作端面的硬度通常達不到使用要求，為提高粉末熱鍛浮動油封環工作端面的硬度，通常采用滲碳+淬火+低溫回火熱處理，這不僅增加了制造時間，同時受限于滲碳工藝特點，滲碳后的零件的熱變形量較大；為保證精度，零件需留有較多的二次加工余量，這也增加了制造成本。同時，為改善淬透性，使熱處理后的浮動油封環工作端面力學性能達到使用要求，當前的粉末熱鍛件中也需要在粉末冶金件中加入較為貴重的Cr，Mo等金屬或合金成分，這也大大增加了粉末熱鍛浮動油封環的制造成本。