[發明專利]一種以半導體激光制備合金層代替電鍍層的芯棒制造方法

在審

• 申請號: 201510334575.1
• 申請日: 2015-06-17
• 公開（公告）號: CN104878383A
• 公開（公告）日: 2015-09-02
• 發明（設計）人: 竇俊雅;趙冬梅;郭煒霆;張林;郭巍;王云山;雷劍波
• 申請（專利權）人: 北京瑞觀光電科技有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明針對無縫鋼管的生產制造過程，屬于激光增材制造領域，是一種以半導體激光制備合金層代替電鍍層的芯棒制造方法。

背景介紹

無縫鋼管芯棒是用于在壓制方向在壓坯或燒結體內成形輪廓面的模具的部件，它們要求用高強度和高耐磨性的材質制做。磨損是金屬機械零件失效的三大方式(磨損、腐蝕、斷裂)之一。據統計，約80％的零件失效是磨損引起的，現代工業迫切需要能在惡劣磨損工況(如高溫、高速摩擦磨損等)下有效工作的工件。所以，提高芯棒的高溫耐磨性能十分重要。

現在的芯棒制造企業主要使用電鍍方法，在模具鋼制成的芯棒毛坯表面電鍍上一層0.005～0.1mm厚的高硬鉻層，從而達到耐磨、耐腐蝕效果，但電鍍生產存在著相當大的污染。電鍍生產主要以污水和污水中重金屬污染為主，有少量的廢氣和廢渣產生。電鍍工業使用了大量強酸、強堿、重金屬溶液，甚至包括氰化物、鉻酐等有毒有害化學品，這些有毒有害物質通過廢水和廢渣排入環境，形成嚴重的環境污染。電鍍方法在制作、修復、再制造芯棒工藝過程中都存在嚴重的環境污染問題。

在滑動、沖擊磨損和磨粒磨損嚴重的條件下，激光增材制造合金粉末技術可以將金屬的強韌性、好的工藝性與合金粉末優異的耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化特性有機結合起來，被認為是最有價值的表面強化技術，是激光增材技術發展的熱點。

采用半導體激光增材制造技術代替傳統的電鍍，避免了環境的污染，是一種清潔的制造方法。

現有的芯棒的制備工藝存在著一些不足，如專利CN101994114A公開了一種熱軋無縫鋼管軋機限動芯棒激光熔覆耐磨、抗熱疲勞合金涂層方法，其是在鋼廠已有限動芯棒基礎上，對限動芯棒油污與銹層進行表面清理，采用鈷基粉末在限動芯棒表面進行激光熔覆，得到0.2-2mm厚涂層，該方法主要特征是激光在芯棒表面形成熔池同時將合金粉末同步送入熔池，其形成的涂層較厚，易在實際使用形成熱裂紋，無法替代電鍍，造成成本高、效率低，在鋼鐵行業難以形成實際應用。專利CN103255411A公開了一種利用光纖激光再制造芯棒的方法，將芯棒基體預熱，再利用光纖激光掃描修復，激光熔覆1～3mm厚合金625粉與鈷包碳化鎢的混合層，此方法采用的光纖激光光斑能量為高斯分布，中間高，兩邊低，所形成的涂層由于厚度較厚，成本也會較高，難于替代電鍍。上述兩種方法得到的芯棒涂層厚度都比較大，無法達到鋼廠所需要的與電鍍層厚度接近的高溫耐磨合金層。

因此，找到一種良好的能替代電鍍方法的芯棒表面涂層制備工藝是十分重要的，本發明介紹一種以半導體激光制備合金層代替電鍍層的芯棒制造方法。

發明內容

本發明的目的是介紹一種以半導體激光制備合金層代替電鍍層的芯棒制造方法，其特征在于：

利用模具鋼加工制作成所需尺寸的芯棒，表面進行微粗糙化，保持芯棒恒定旋轉，將鈷鉻鎢合金粉末采用重力送粉方式預置在芯棒表面，在芯棒旋轉作用下，落入激光熔化點，形成金屬薄層，采用300～500℃保溫2～5h，拋磨光表面，得到替代電鍍工藝的0.05～0.2mm超薄耐磨合金層芯棒。

采用模具鋼加工棒料毛坯，加工后尺寸比實際工作尺寸少0.05～0.1mm，利用車削工藝將表面微粗糙化。采用重力送粉方式，在恒定旋轉的芯棒表面預置合金粉末，激光在粉末落點前5～10mm，芯棒轉速0.05～10轉/分鐘。粉末選用鈷鉻鎢合金粉末，激光熔化旋轉流過來的粉末，在芯棒表面制備出0.05～0.2mm高溫耐磨合金層。采用300～500℃保溫2～5h，在減少殘余應力的基礎上同時保持表面高硬度。

本發明具有以下優點：

1、半導體激光增材制造由于光斑能量均勻分布，制備形成的超薄合金層既有較高的硬度，又有優異的高溫耐磨性和耐腐蝕性；

2、鈷鉻鎢合金粉末相比于其它合金粉末，擁有良好的高溫耐磨性、潤濕性、耐蝕性、高溫自潤滑作用；

3、重力送粉方式與半導體激光結合，激光熔化點與粉末落點不在同一個位置，不同于傳統的激光與粉末同步落入熔池，能制備出超薄合金層，無夾渣、氣孔、裂紋等缺陷；

4、半導體激光增材制造芯棒具備生產效率高、能耗低、合金層加工余量小、成品率高以及綜合成本低等特點。

附圖說明

圖1是本發明半導體激光增材制造重力送粉與激光結合示意圖；

圖2是本發明實例優化工藝參數過程圖；

圖3是本發明實例優化工藝參數樣品展示圖；

圖4是本發明實例半導體激光增材制造芯棒過程圖；

圖5是本發明實例半導體激光增材制造芯棒整體圖；

圖6是本發明實例芯棒進行拋磨圖；