[發明專利]銅及銅合金表面激光熔覆制備耐磨耐蝕合金涂層的工藝及合金涂層

有效

• 申請號: 202010780619.4
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111893484B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 蔣士春;唱麗麗;邢飛;于輝勇;周文超
• 申請（專利權）人: 南京中科煜宸激光技術有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C19/05;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/44;C22C38/46;C22C38/52;C22C38/54
• 代理公司: 南京行高知識產權代理有限公司 32404
• 代理人: 王培松

本發明提供一種激光熔覆增材制造技術領域，公開一種銅及銅合金表面激光熔覆制備耐磨耐蝕合金涂層的工藝及合金涂層，按摩爾質量百分比進行粉體材料配制打底層粉體材料和表層粉體材料，并在銅及銅合金表面采用半導體激光器依次分別激光熔覆打底層和表層粉體材料，激光光斑采用兩束圓形激光光斑，送粉噴嘴與第一激光束進行復合，組成同軸送粉方式；第二激光束置于前端并在工件表面形成橢圓形光斑投影，前端預熱銅合金表面，其后端與第一激光束形成的小圓形光斑形成復合能場進行熔覆加工。本發明可有效實現涂層界面的冶金結合，顯著提高涂層耐磨性能和延長部件更換周期，同時達到抑制高溫高濕工作環境的氧化性侵蝕。

本申請案為申請號為201911407339.2，發明名稱為銅及銅合金表面激光熔覆制備耐磨耐蝕合金涂層的工藝及合金涂層的分案申請

技術領域

本發明涉及激光熔覆增材制造技術領域，具體而言涉及一種銅及銅合金表面激光熔覆制備耐磨耐蝕合金涂層的工藝，適用于連軋連鑄銅板結晶器、鋁板軋制銅軋輥等其他銅及銅合金部件的表面防護及再制造。

背景技術

銅及銅合金具有良好的導熱性，常被用于制備導熱部件，結晶器就是其的一個重要應用。結晶器是連鑄工藝的核心設備，結晶器銅板的表面質量，直接影響著連鑄生產的穩定性。連鑄生產工藝是現代鋼鐵工業的核心工藝之一，而結晶器作為連鑄從液態鋼水到凝固成固態坯殼重要導熱部件，是連鑄工藝的心臟設備。其基本功能是利用冷卻水通過水冷銅板間接帶走鋼水中熱量，使鋼水在結晶器內連續地形成具有一定厚度和一定強度的坯殼。在生產過程中，結晶器銅板要不斷地經受高溫、高壓和強磨擦的沖擊，工作環境極其惡劣。因此，結晶器銅板表面性能的好壞直接影響到連鑄工藝的產品質量、生產效率和生產成本。此外，對于鋁板軋制銅軋輥表面同樣有著磨損失效的問題。

目前，銅和銅合金表面強化技術主要有電鍍、復合鍍和熱噴涂。但目前的強化技術尚存在著以下主要問題：強化層耐磨性較差，銅結晶器表面壽命較低；涂層與銅基體之間未形成冶金結合，涂層易脫落。而普通激光熔覆在銅和銅合金表面制備耐磨涂層的難度依然較大，且工藝過程控制不穩定。

發明內容

本發明目的在于針對現有技術的冶金行業連軋連鑄生產線銅板結晶器、銅軋輥存在嚴重磨損的問題，提出一種銅及銅合金表面激光熔覆制備耐磨耐蝕合金涂層的工藝，有效實現涂層界面的冶金結合，顯著提高涂層耐磨性能和延長部件更換周期，同時達到抑制高溫高濕工作環境的氧化性侵蝕。

為達成上述目的，本發明的第一方面提出一種銅及銅合金表面激光熔覆制備耐磨耐蝕合金涂層的工藝，包括以下步驟：

步驟1、按摩爾質量百分比進行粉體材料配制：①打底層粉體材料成分配比：C-0.03％，B-1.1％，Si-2.0％，Fe-1.5％，Cu-25.0％，Cr-2.5％，Ni-bal；②表層粉體材料成分配比：C-0.05％，Cr-19.32％，B-0.98％，Si-0.89％，Mn-0.16％，Mo-0.3％，Ni-2.58％，Co-0.15％，V-0.04％，Fe-bal；

步驟2、配制的粉體材料和待加工的銅及銅合金表面進行預處理；

步驟3、在銅及銅合金表面采用半導體激光器依次分別激光熔覆打底層和表層粉體材料，其中：激光光斑采用兩束圓形激光光斑，送粉噴嘴與第一激光束進行復合，組成同軸送粉方式，使得在工件表面所形成同軸送粉粉末匯聚區位于第一激光束在工件表面形成的小圓形光斑區域中心；第二激光束置于第一激光束的前端并在工件表面形成橢圓形光斑投影，其中在熔覆方向上，橢圓形光斑投影的前端預熱銅合金表面，其后端與第一激光束形成的小圓形光斑形成復合能場，對工件表面的同軸送粉粉末匯聚區內的粉體材料進行熔覆加工。

優選地，所述步驟3中，橢圓形光斑投影的短軸直徑大于小圓形光斑的直徑。