[發明專利]一種金屬表面噴涂復合涂層的工藝

在審

• 申請號: 201510215890.2
• 申請日: 2015-04-30
• 公開（公告）號: CN104789921A
• 公開（公告）日: 2015-07-22
• 發明（設計）人: 王超;蔡紅;馬佳明;姜卓
• 申請（專利權）人: 上海市機械制造工藝研究所有限公司
• 主分類號: C23C4/12
• 分類號: C23C4/12;C23C4/18;C23C4/10;C23C4/06
• 代理公司: 上海寶鼎專利代理有限公司 31222
• 代理人: 龔崢嶸

技術領域

本發明涉及一種金屬材料熱處理工藝，尤其涉及一種金屬材料表面強化處理工藝。

背景技術

爆炸噴涂技術誕生于上世紀50年代，由美國普萊克斯表面技術公司(原美國聯合碳化物公司林德分公司)的科研人員發明了該技術，簡稱為D-GUN。爆炸噴涂技術屬于熱噴涂技術中的一種。在爆炸噴涂技術發明之前，由于傳統熱噴涂工藝制備的涂層結合強度低、孔隙率過高，導致航空發動機制造企業并沒有采用熱噴涂工藝制備相關的涂層。正是由于爆炸噴涂技術的出現，極大的促進了包括等離子噴涂等其他熱噴涂工藝在航空航天及核工業等領域的應用。爆炸噴涂工藝流程包括工件表面預處理、工件預熱、噴涂以及涂層后處理。工件表面預處理包括凈化處理以及粗化處理。工件表面粗化處理最常采用的方法是噴砂。噴砂處理的目的主要包括：1.使工件表面得到凈化，從而提高涂層結合強度；2.使工件表面粗化，增大涂層與基體間的接觸面積，有助于提高基體與涂層顆粒間的機械鉚合力，從而提高涂層結合強度；3.在工件表面產生壓應力，可以改善涂層殘余應力的分布，有助于提高涂層基體間結合強度。然而噴砂處理過程中，砂粒可能會嵌入工件基體表面，對涂層與基體間的結合強度造成不利影響。此外，噴砂粗化處理可能造成表面尖銳性缺口導致基材的疲勞性能顯著下降。

激光燒蝕技術通常采用短脈沖的Nd:YAG激光器產生的脈沖激光輻照在基體表面上，使基體表面的淺層迅速氣化，通過控制激光燒蝕處理的工藝參數可以獲得大量有利于提高涂層與基體機械鉚合力的錐形尖峰形貌。同時可有效避免由于噴砂粗化處理所造成基體表面尖銳性缺口并最終導致基材疲勞性能顯著下降的現象。此外，短脈沖激光輻照過程中產生的等離子體對基體施加了類似機械噴丸的效果，在基體表面產生對提高涂層結合強度有利的殘余壓應力。另外，相關研究表明激光燒蝕對基材表面存在有益的物理改性之外還存在有益的化學改性作用，物理和化學改性作用共同使得涂層結合力進一步提升。

激光重熔技術是一種采用近于聚焦的激光束輻照在材料表面使之熔化，然后依靠熱傳導快速冷卻凝固，在材料表面形成與基體相互熔合的、具有相同或不同成分，但性能完全不同的改性層。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是要提供一種金屬表面噴涂復合涂層的組合工藝，通過將爆炸噴涂工藝與兩種激光熱處理工藝復合起來，即能有效地提高涂層與基體的結合力，又可進一步提高涂層的耐腐蝕耐磨損等性能。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

一種金屬表面噴涂復合涂層的工藝，其步驟包括：

a、金屬表面凈化處理；

b、對金屬表面進行激光燒灼處理；

c、對金屬表面進行爆炸噴涂處理，制備復合涂層；

d、采用半導體激光器對金屬表面由爆炸噴涂工藝制備的復合涂層進行激光重熔處理。

進一步的，所述的激光燒灼處理采用短脈沖Nd:YAG，激光波長為1064nm，功率80W，頻率為10Hz，激光脈沖數量為10-250個；

所述的激光重熔處理的工藝參數為：激光光斑：3mm直徑的圓形光斑，激光功率：800W-2500W，激光掃描速度：400-1000mm/min，多道次激光掃描搭接率：10％-30％。

所述的爆炸噴涂處理的材料選用平均粒徑為30-100微米的金屬強化復合材料混合粉，氧氣流量：42L/min，乙炔氣流量：38L/min,氮氣流量：30L/min，氧氣乙炔氣比例為1.1,爆炸頻率：5次/s,噴涂距離：150mm，涂層厚度為0.05～0.3mm；所述的金屬強化復合材料混合粉為平均粒徑為30-60微米WC-12％Co機械混合粉或平均粒徑為30-60微米的Cr₃C₂和NiCr機械混合粉或平均粒徑約為40-80微米的Al₂O₃粉和80-100微米的Ni60粉的機械混合粉。

本發明中將爆炸噴涂工藝與兩種激光熱處理工藝(激光燒蝕、激光重熔)復合起來，采用激光燒蝕替代傳統噴砂預處理工藝，可以有效減少涂層基體間夾雜物，獲得大量有利于提高涂層與基體機械鉚合力的錐形尖峰形貌，有效避免由于噴砂粗化處理所造成基體表面尖銳性缺口并最終導致基材疲勞性能顯著下降的現象，可以對基體表面產生有助提高涂層結合力的化學改性作用。