專利名稱：強化和修復高速混合機槳葉及筒體表面的激光合金化工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于表面強化及修復應用領域，特別涉及一種高速混合機槳葉及筒體表面 的強化和修復的激光合金化工藝。
背景技術：
漿葉和筒體是塑料混料設備的主要結構部件，其耐磨、耐蝕性能的高低直接影響 設備的使用壽命。通常，槳葉和筒體的工作溫度為10(T300°C，而且槳葉和筒體在高速旋轉 過程中要承受磨料的摩擦力和沖擊力，加之工作環境中產生的氯氣的腐蝕作用，使其產生 疲勞、裂紋和剝落，從而導致其使用年限很短。目前國內混料設備中的漿葉、筒體基本上采 用普通不銹鋼，這種材料雖然具有較高的耐腐性，但耐磨性能差。一般情況下，其使用壽命 為廣2年，但當其混合的填料硬度較高時(如高濃度CaCO3、玻璃纖維、玻璃微珠等)，其使用 壽命更短。目前，國內外的研究主要集中在改進槳葉其筒體的結構和材質上，例如專利申 請號為200610035789. X，發明名稱為“焊接式螺旋槳槳葉的加工方法”和專利申請號為 200410074991. 4，發明名稱為“槳葉式混合機”以及專利申請號為200810020001. 7，發明 名稱為“槳葉式三維立體混合機”的中國專利描述了通過改變結構和制造方法來改善槳 葉性能；專利申請號為87107515. 6，發明名稱為“一種耐磨耐腐普鈣發生器槳葉鑄鐵合 金及生產工藝”的專利描述了通過改變材質提高槳葉性能等。除了上述方法外，表面改 性技術是其延壽的另一種方法。已有這方面應用的涂層的專利發表，如在專利申請號為 2005100%492. 8，發明名稱為“在螺旋槳葉片的表面應用的硬質復合納米陶瓷薄膜的涂層” 的中國專利中描述了一種應用在飛機和船舶領域的螺旋槳葉表面的硬質復合納米陶瓷薄 膜涂層。當前，利用表面技術對零部件進行強化和修復已成為磨損件延壽的發展方向之一。 該方法可以大大提升混料設備中易耗件的使用年限，減少頻繁更換部件所需的成本，節約 能源，并實現可持續發展。因此該方法成為可以獲得高耐蝕、高耐磨性能的漿葉及筒體工作 層以提高混合設備使用壽命的一種主要途徑。但是這種涂層的厚度小于60微米，不能顯著 提高槳葉和筒體的使用壽命。激光表面合金化工藝可以大大提高涂層的厚度。激光合金化是利用激光將基體金 屬表面熔化，同時加入合金元素，以基體為溶劑，合金元素為溶質，在基體上構成一層濃度 高且均勻的合金層，從而達到所要求的耐磨、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化等特殊性能。近一二十 年來，許多國家和地區投入了大量的人力與物力進行了此項目的研究。在基材方面，除研究 了多種黑色金屬外，還研究了 Al合金、Ti合金、Cu合金、Ni基合金等。添加的合金元素有 Ni、Cr、W、Ti、Co、Mn、Mo、B等。激光表面合金化工藝主要應用在例如排氣閥門、閥座、高速 鋼刀具及汽車活塞等零件上。例如專利號為201010235189. 4的中國專利公開了一種合金 粉末、球墨鑄鐵表面激光合金化涂料及激光合金化方法；專利號為200910119256. 3的中國 專利公開了一種鋸片合金刀頭及其激光強化處理工藝；專利號為01114854. 3的中國專利 公開了一種對鋁合金擠壓模的表面進行激光合金化的處理方法等。但是，目前并未有關于塑料混合機領域的激光表面合金化強化工藝的專利發表。

發明內容
本發明的目的是提供一種強化和修復高速混合機槳葉及筒體表面的激光合金化工藝。本發明的目的通過以下技術方案來實現
一種強化和修復高速混合機槳葉及筒體表面的激光合金化工藝，該工藝包括以下步
驟
1)對所述高速混合機槳葉及筒體的表面進行清洗和打磨，所述高速混合機的槳葉及筒 體的基體為市面購得的普通奧氏體不銹鋼；
2)將錳粉和復合碳化物陶瓷粉末混合；
3)將粘接劑倒入混合好的所述錳粉和復合碳化物陶瓷粉末中攪拌成可流動的糊狀
物；
4)將所述糊狀物鋪設在所述塑料混合機槳葉和筒體的表面上形成預涂層，然后置于空 氣中風干；
5)所述預涂層干燥后，用功率為0.5 10kW、掃描速度為5 30mm/s、光斑直徑為廣3mm的 激光束進行處理以在所述高速混合機槳葉及筒體的表面形成耐磨耐腐的合金化涂層。優選 用功率為0. 5^2. 5kff的(X)2激光器。
在本發明的目的還可以通過以下的技術方案來進一步實現
前述的強化和修復高速混合機槳葉及筒體表面的激光合金化工藝，其中，所述錳粉和 所述復合碳化物陶瓷粉末的重量百分比為3(T70 錳粉，3(T70 復合碳化物陶瓷 粉末。前述的強化和修復高速混合機槳葉及筒體表面的激光合金化工藝，其中，所述的 復合碳化物陶瓷粉末為NiWC、Cr3C2, SiC、TiC、A1203、NiCr或者是它們的組合。前述的強化和修復高速混合機槳葉及筒體表面的激光合金化工藝，其中，所 述涂層中錳粉和所述復合碳化物陶瓷粉末的重量百分比為(3(T70)Wt%Mn - (30^70) wt%NiWC、 (30 70)wt%Mn — (30 70) wt%Cr3C2、 (30 70)wt%Mn — (30 70) wt%SiC、 (30 70) wt%Mn - (30 70) wt%TiC、 (30 70) wt%Mn- (30 70)wt% A1203、 (30 70) wt%Mn - (20 50) wt% NiCr - (15 30)wt% Al2O3或者(30 70) wt%Mn - (20 40)wt% TiC- (10 30)wt% Al2O3-前述的強化和修復高速混合機槳葉及筒體表面的激光合金化工藝，其中，所述粘 接劑為透明型環氧樹脂粘接劑。前述的強化和修復高速混合機槳葉及筒體表面的激光合金化工藝，其中，所述合 金化涂層的厚度為0. 5^1. 5mm。本發明技術方案的突出的實質性特點和顯著進步主要體現在
1.本發明的高速混合機的槳葉及筒體的基體采用奧氏體不銹鋼，以奧氏體不銹鋼基 體為狗元素來源，向預涂層中加入Mn元素及復合碳化物陶瓷粉末，利用激光表面合金化加 熱熔化冷卻，得到的高速混合機槳葉及筒體工作層既具有良好的強韌性又具有隨加工硬化 而增加的良好耐磨耐蝕性。
2.激光合金化工藝綜合利用了細晶強化、固溶強化、彌散強化等機制，既可保證 以奧氏體不銹鋼為基體的高速混合機的槳葉及筒體的涂層的高硬度和高耐磨性又能發揮 其韌性。預期奧氏體不銹鋼表面的激光合金化不僅可以強化槳葉和筒體工作層表面，亦可 用于槳葉和筒體的修復和再制造，顯著延長二者的使用壽命，降低生產成本，具有很好的應 用前景。


圖1顯示了帶有預涂層的試樣進行激光合金化后試樣表面形貌。圖2顯示了激光合金化含有Mn+W2C粉末的預涂層后試樣橫截面顯微組織。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步的說明
高猛奧氏體在受到摩擦或者沖擊力時表面具有強烈的加工硬化特性，可以大幅度提高 材料表面的硬度，從而提高材料表面的耐磨性，而心部仍然保持良好韌性，廣泛應用于坦克 的履帶，鏟車、挖掘機等磨損部件上。工作過程中的冷加工硬化使其具備良好的沖擊磨損性 能。塑料混合機的槳葉和筒體的工況可以類比于此。因此，本發明采用奧氏體不銹鋼作為 高速混合機的槳葉及筒體的基體。但是，雖然高錳鋼韌性、耐沖擊性能好，但由于其初始組 織為奧氏體，比較軟，其耐磨性取決于加工硬化的程度，而且耐腐蝕性也比較差。在某些工 況下，由于加工硬化程度和耐腐蝕性能不足，導致高錳鋼壽命有限。本發明利用奧氏體不 銹鋼作為槳葉或筒體基體，并在基體表面預涂覆含有錳粉和復合碳化物陶瓷粉末以及粘接 劑的涂層，并采用激光表面合金化的方法同時熔化基體和所涂覆的涂層得到耐磨耐蝕強化 層。由于本發明直接利用基體中的狗作為高錳鋼中狗元素來源，其與所添加Mn元素形成 類似高錳鋼性能的強化層。在激光合金化過程中，在基體和預涂層中的粉末所形成的熔池 中發生如下反應
(1)在激光的高溫作用下，基體和所添加粉末迅速熔化，在超快速凝固和冷卻過程中形 成均勻、致密和高度細化的過飽和高碳、高合金度固溶體，產生顯著的固溶強化作用；
(2)由于快速凝固，所添加復合碳化物粉末來不及長大，均勻細小彌散地分布在固溶體 晶間及晶內，產生顯著的彌散強化作用；
(3)類高錳鋼固溶體基底的強韌性為復合碳化物硬質相提供了良好的塑性支撐，提高 了其在磨損過程中與基體的結合力。圖1為經激光合金化處理后的高猛鋼試樣表面形貌，如圖所示，該合金化層的表 面粗糙度低，并且表面可見熔池中材料的流動方向。圖2所示為采用本發明的激光合金化 工藝處理的高速混合機槳葉試樣的橫截面顯微組織。本發明的高速混合機槳葉試樣的預涂 層中含有Mn+W2C粉末。如圖2所示，激光合金化層組織致密，有未熔W2C顆粒存在，與基體實 現了冶金結合，并且合金化層的平均厚度達到1. 3mm，遠遠超過某些表面處理后的處理層的 厚度。采用本發明的激光合金化工藝處理槳葉和筒體時，具有能量作用集中，熱影響區小， 合金化層組織致密，氣孔率低而且容易實現自動化生產線，沒有化學污染、無輻射等優點。實施例一用汽油、酒精等去油、去污溶劑去除槳葉或筒體表面油污和銹，然后用砂紙打磨二者 表面進一步去除污物，便于預涂層的鋪設，所述高速混合機的槳葉及筒體的基體為奧氏體 不銹鋼；將錳粉和復合碳化物陶瓷粉末混合，所述錳粉和復合碳化物陶瓷粉末的比例為 65wt%Mn - 35wt% NiWC、60wt%Mn - 40wt% Cr3C2,65wt%Mn - 35wt% SiC、65wt%Mn - 35wt% TiC>65wt%Mn - 35wt% Al203>55wt%Mn - 30wt% NiCr - 15wt% Al2O3 65wt%Mn - 20wt% TiC- 15wt% Al2O3 ；將粘接劑倒入混合好的所述錳粉和復合碳化物陶瓷粉末中攪拌成可流 動的糊狀物；將所述糊狀物鋪設在所述塑料混合機槳葉和筒體的表面上形成預涂層，然后 置于空氣中風干；所述預涂層干燥后，用功率為10kW、掃描速度為8mm/s、光斑直徑為1. 5mm 的激光束進行處理以在所述高速混合機槳葉及筒體的表面形成耐磨耐腐的涂層。所述涂層 厚度為1. 3mm。實施例二
用汽油、酒精等去油、去污溶劑去除槳葉或筒體表面油污和銹，然后用砂紙打磨二者表 面進一步去除污物，便于預涂層的鋪設，所述高速混合機的槳葉及筒體的基體為奧氏體不 銹鋼；將錳粉和復合碳化物陶瓷粉末混合，所述錳粉和復合碳化物陶瓷粉末的比例為Mn -50wt% NiffC, Mn _ 50wt% Cr3C2、Mn _ 50wt% SiC, Mn _ 50wt% TiC、Mn _ 50wt% Al2O3、Mn -30wt% NiCr - 20t% Al2O3 或 Mn - 30wt% TiC- 20wt% Al2O3 ；將粘接劑倒入混合好的所 述錳粉和復合碳化物陶瓷粉末中攪拌成可流動的糊狀物；將所述糊狀物鋪設在所述塑料混 合機槳葉和筒體的表面上形成預涂層，然后置于空氣中風干；所述預涂層干燥后，用功率為
1.5kW、掃描速度為20mm/s、光斑直徑為2mm的激光束進行處理以在所述高速混合機槳葉及 筒體的表面形成耐磨耐腐的涂層。所述涂層厚度為1.5mm。實施例三
用汽油、酒精等去油、去污溶劑去除槳葉或筒體表面油污和銹，然后用砂紙打磨二者表 面進一步去除污物，便于預涂層的鋪設，所述高速混合機的槳葉及筒體的基體為奧氏體不 銹鋼；將錳粉和復合碳化物陶瓷粉末混合，所述錳粉和復合碳化物陶瓷粉末的比例為Mn -65wt% NiffC, Mn - 65wt% Cr3C2、Mn - 65wt% SiC、Mn - 65wt% TiC、Mn - 65wt% Al2O3, Mn -40wt% NiCr - 25wt% Al2O3 或 Mn - 40wt% TiC- 25wt% Al2O3 ；將粘接劑倒入混合好的所 述錳粉和復合碳化物陶瓷粉末中攪拌成可流動的糊狀物；將所述糊狀物鋪設在所述塑料混 合機槳葉和筒體的表面上形成預涂層，然后置于空氣中風干；所述預涂層干燥后，用功率為
2.5kW、掃描速度為30mm/s、光斑直徑為3mm的激光束進行處理以在所述高速混合機槳葉及 筒體的表面形成耐磨耐腐的涂層。所述涂層厚度為1.1mm。實施例四
用汽油、酒精等去油、去污溶劑去除槳葉或筒體表面油污和銹，然后用砂紙打磨二者表 面進一步去除污物，便于預涂層的鋪設，所述高速混合機的槳葉及筒體的基體為奧氏體不 銹鋼；將錳粉和復合碳化物陶瓷粉末混合，所述錳粉和復合碳化物陶瓷粉末的比例為Mn -30wt% NiffC, Mn - 70wt% Cr3C2、Mn - 55wt% SiC、Mn - 40wt% TiC、Mn - 35wt% Al2O3, Mn -30wt% NiCr - 30wt% Al2O3 或 Mn - 20wt% TiC- 35wt% Al2O3 ；將粘接劑倒入混合好的所 述錳粉和復合碳化物陶瓷粉末中攪拌成可流動的糊狀物；將所述糊狀物鋪設在所述塑料混 合機槳葉和筒體的表面上形成預涂層，然后置于空氣中風干；所述預涂層干燥后，用功率為 0. 5kW、掃描速度為5mm/s、光斑直徑為Imm的激光束進行處理以在所述高速混合機槳葉及筒體的表面形成耐磨耐腐的涂層。所述涂層厚度為0. 5mm。 以上僅是本發明的具體應用范例，對本發明的保護范圍不構成任何限制。凡采用 同等變換或者等效替換而形成的技術方案，均落在本發明權利保護范圍之內。
權利要求
1.強化和修復高速混合機槳葉及筒體表面的激光合金化工藝，其特征在于該工藝包 括以下步驟對所述高速混合機槳葉及筒體的表面進行清洗和打磨，所述高速混合機的槳葉及筒體 的基體為奧氏體不銹鋼；將錳粉和復合碳化物陶瓷粉末混合；將粘接劑倒入混合好的所述錳粉和復合碳化物陶瓷粉末中攪拌成可流動的糊狀物；將所述糊狀物鋪設在所述塑料混合機槳葉和筒體的表面上形成預涂層，然后置于空氣 中風干；所述預涂層干燥后，用功率為0. 5 10kW、掃描速度為5 30mm/s、光斑直徑為廣3mm的激 光束進行處理以在所述高速混合機槳葉及筒體的表面形成耐磨耐腐的合金化涂層。
2.根據權利要求1所述的強化和修復高速混合機槳葉及筒體表面的激光合金化工藝， 其特征在于所述錳粉和所述復合碳化物陶瓷粉末的重量百分比為3(T70Wt%錳粉，3(Γ70復合碳化物陶瓷粉末。
3.根據權利要求1或2所述的強化和修復高速混合機槳葉及筒體表面的激光合金化工 藝，其特征在于所述的復合碳化物陶瓷粉末為NiWC、Cr3C2、SiC、TiC、Al203、NiCr或者是它 們的組合。
4.根據權利要求3所述的強化和修復高速混合機槳葉及筒體表面的激光合金化工 藝，其特征在于所述涂層中錳粉和所述復合碳化物陶瓷粉末的重量百分比為(3(Γ70) wt%Mn - (30 70)wt%NiWC、 (30 70)wt%Mn — (30 70)wt%Cr3C2、 (30 70)wt%Mn — (30 70) wt%SiC、 (30 70)wt%Mn — (30 70)wt%TiC、 (30 70)wt%Mn — (30 70) wt%Al203、 (30 70) wt%Mn - (20^50)wt%NiCr - (15 30)wt%Al203，或者，(30 70)wt%Mn — (20 40)wt%TiC — (10 30)wt%Al203。
5.根據權利要求1所述的強化和修復高速混合機槳葉及筒體表面的激光合金化工藝， 其特征在于所述粘接劑為透明型環氧樹脂粘接劑。
6.根據權利要求1所述的強化和修復高速混合機槳葉及筒體表面的激光合金化工藝， 其特征在于所述合金化涂層的厚度為0. 5^1. 5mm。
7.根據權利要求1所述的強化和修復高速混合機槳葉及筒體表面的激光合金化工藝， 其特征在于步驟5)中所用的激光器為0. 5^2. 5kff的(X)2激光器。
全文摘要
本發明涉及一種強化和修復高速混合機槳葉及筒體表面的激光合金化工藝，包括以下步驟對基體為奧氏體不銹鋼的高速混合機槳葉及筒體的表面進行清洗和打磨；將錳粉和復合碳化物陶瓷粉末混合；然后將粘接劑倒入混合好的錳粉和復合碳化物陶瓷粉末中攪拌成可流動的糊狀物；將其鋪設在塑料混合機槳葉和筒體的表面上形成預涂層，然后置于空氣中風干；在預涂層干燥后，用功率為0.5~10kW、掃描速度為5~30mm/s、光斑直徑為1~3mm的激光束進行處理以在高速混合機槳葉及筒體的表面形成耐磨耐腐的合金化涂層。本發明的激光合金化工藝不僅可以強化槳葉和筒體工作層表面，亦可用于槳葉和筒體的修復和再制造，顯著延長二者的使用壽命，降低生產成本，具有很好的應用前景。
文檔編號C23C30/00GK102134717SQ20111005379
公開日2011年7月27日 申請日期2011年3月7日 優先權日2011年3月7日
發明者劉衛祥, 孫桂芳, 張尉, 張永康, 李鵬 申請人:江蘇聯冠科技發展有限公司