[發明專利]一種激光熔覆修復鎳鋁青銅零件的方法及其產品

有效

• 申請號: 202010601518.6
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111850546B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 劉德健;孫允森;陳浩
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C9/00;C22C9/01
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;孔娜

本發明屬于激光熔覆修復相關技術領域，其公開了一種激光熔覆修復鎳鋁青銅零件的方法。該方法包括下列步驟：S1對于待修復的鎳鋁青銅零件的缺陷區域，在該缺陷區域進行銑削加工形成U型槽；S2采用高功率的激光在所述U型槽的內表面進行往復打底熔覆，以此在所述U型槽的內表面形成打底熔覆層；S3采用低功率的激光在所述打底熔覆層進行逐層往復沉積熔覆，以此實現對U型槽的填充，對填充后的U型槽表面進行表面處理，進而實現對待修復的鎳鋁青銅零件的修復。通過本發明，降低修復區域的殘余應力，從而避免出現變形、裂紋等缺陷。在修復區域可獲得高硬度的激光沉積態組織。

技術領域

本發明屬于激光熔覆相關技術領域，更具體地，涉及一種激光熔覆修復鎳鋁青銅零件的方法及其產品。

背景技術

鋁青銅具有較高強度、硬度以及良好的耐磨性而廣泛應用于各工業領域。在實際使用中，為滿足不同需求，常在鋁青銅中添加一定量的合金元素以改善其性能。鎳鋁青銅就是以鐵、鎳、錳為主要合金元素的鋁青銅。鐵和鎳的加入可以明顯細化晶粒、提高力學性能，同時可抑制γ相的形成和結網，從而獲得優異的耐腐蝕性能。少量的錳可以提高鎳鋁青銅熔體的流動性，降低其緩冷脆性。

鎳鋁青銅具有良好的機械性能、耐腐蝕性能以及高溫抗氧化性，多應用在艦船螺旋槳、海水管系(泵、閥)以及防爆器材等領域。一些鎳鋁青銅零部件在使用過程中會出現空蝕、磨損以及應力腐蝕裂紋等局部失效，然而工作在這些領域的零部件往往制造成本高、更換周期長，因此對局部失效的零部件進行及時修復并恢復其服役性能具有重要的經濟效益和戰略意義。

然而鎳鋁青銅導熱性能優異，難以形成穩定熔池，以電弧為熱源進行堆焊修復時，往往需要較大的熱輸入，使得熱影響區較大以及零部件變形。進行噴涂或電火花沉積修復時，修復層厚度較薄且與基體結合強度低。以激光為熱源的激光熔覆修復具有成形精度高、熱影響區小及加工柔性好等特點，但應用于鎳鋁青銅時也存在合金粉末須專門定制、母材對激光反射率過高以及熱膨脹率過大而在修復過程中易產生裂紋等問題亟待解決。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種激光熔覆修復鎳鋁青銅零件的方法及其產品，利用兩種已商業化的合金粉末按一定比例混合，快速制得與鎳鋁青銅母材有良好相容性的合金粉末，在出現磨損、裂紋等失效的區域銑削出U型槽；在修復前用激光對其表面進行重熔從而對母材預熱；在槽的底部與兩側界面進行高功率往復打底熔覆，獲得熔深較大的熔覆層，從而增強與母材的連接強度；之后在U型槽中間區域進行較低功率的往復掃描沉積，在修復過程中采用激光重熔對母材預熱、采用低功率激光進行熔覆從而降低總體熱輸入量以及采用往復掃描路徑增加高溫停留時間從而有利于應力釋放等方式降低修復區域的殘余應力，避免出現變形、裂紋等缺陷，并在修復區域獲得高硬度的激光沉積態組織，提高零部件的耐磨性能。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種激光熔覆修復鎳鋁青銅零件的方法，該方法包括下列步驟：

S1對于待修復的鎳鋁青銅零件的缺陷區域，在該缺陷區域進行銑削加工形成U型槽；

S2采用高功率的激光在所述U型槽的內表面進行往復打底熔覆，以此在所述U型槽的內表面形成打底熔覆層；

S3采用低功率的激光在所述打底熔覆層進行逐層往復熔覆，以此實現對U型槽的填充，對填充后的U型槽表面進行表面處理，進而實現對待修復的鎳鋁青銅零件的修復。

進一步優選地，在步驟S2之前，還需采用激光對所述U型槽的內表面進行重熔，一方面消除所述U型槽內表面銑削過程中的缺陷，另一方面預熱所述U型槽內表面。

進一步優選地，采用激光對所述U型槽的內表面進行重熔時，所述激光掃描的速度為0.008m/s～0.012m/s，功率為2000W～2500W。

進一步優選地，在步驟S2中，所述高功率激光的激光功率為2300W～2600W，在步驟S3中，所述低功率激光的激光功率為1500W～2000W。