專利名稱：一種制備輸送輥道表面抗熱耐磨合金涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輸送輥道的抗熱耐磨方法，特別是涉及一種激光熔覆制備輸送輥道表面抗熱耐磨合金涂層的方法，屬于激光熔覆技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
輸送輥道是鞍鋼大型廠鋼軌扎線的重要組成部件，其使用性能直接影響扎線的作業(yè)率、生產(chǎn)成本和鋼軌的質(zhì)量。由于輸送輥道表面連續(xù)不斷地與的高溫鑄坯棱角接觸，不僅承受著瞬時高溫和水冷產(chǎn)生的交變熱應(yīng)力反復(fù)作用，而且在棱角處會形成一定的應(yīng)力集中，加上電機停轉(zhuǎn)、冷卻不良等異常情況的影響，極易在棍面上形成“V”型的溝槽。當溝槽的深度過深就會嚴重影響鋼軌的表面成型質(zhì)量，整個扎線就必須被迫停產(chǎn)，對輥道進行搶修在線堆焊。堆焊存在晶粒組織粗大，組織致密性差，稀釋率大，缺陷多等缺點，而且堆焊搭接區(qū)域存在致密性差、不耐磨而出現(xiàn)優(yōu)先磨損溝槽等問題使得堆焊后輥道的使用壽命不及原輥的一半，而其連續(xù)堆焊三次以后輥道就會因變形裂紋等原因報廢。一根輥道從上線到報廢其整體使用壽命不到45天，整個輥道輸送線有輥道300多根，消耗量非常大而嚴重制約整條扎線的生產(chǎn)效率。輥道的磨損主要發(fā)生在溝槽部分，滾面其余部分磨損量很小，而且就整個輸送輥道來看，溝槽的分布有一定的規(guī)律性。對輸送輥道強化工藝必須從兩方面著手:一是尋找抗熱耐磨性能好的合金材料，二是針對溝槽的規(guī)律分布，確定磨損范圍減小強化區(qū)域控制成本。因此，選擇適當?shù)闹苽漭斔洼伒辣砻婵篃崮湍ズ辖鹜繉拥墓に嚕馆斔洼伒辣砻婵篃崮湍ズ辖鹜繉优c基體結(jié)合強度高、耐磨抗蝕性能好、合金涂層的厚度均勻，是當前亟待解決的課題。 激光熔覆技術(shù)作為一種先進的再制造技術(shù)，近年來得到了迅速推廣和廣泛應(yīng)用。目前，關(guān)于利用激光熔覆工藝制備設(shè)備部件耐磨抗蝕合金涂層的專利很多:例如。公開號為CN1202534的中國發(fā)明專利申請給出的《金屬表面等離子噴涂后激光熔覆制備陶瓷涂層的方法》，該方法是先在金屬表面用等離子噴涂方法制備陶瓷涂層，然后在激光照射的同時，將陶瓷粉末噴向涂層表面，對陶瓷涂層進行二次熔覆處理。公開號為CN1786272的中國發(fā)明專利申請給出的《激光熔覆鎳基納米WC/Co預(yù)涂層的制備方法》，該制備方法包括下列步驟:①按每克重的蟲膠與10 20克重的無水乙醇稱量蟲膠和無水乙醇，然后將所述的蟲膠加入無水乙醇中制成粘結(jié)劑；②根據(jù)需要按每克鎳基納米WC/Co粉末與0.1毫升 0.25毫升的粘結(jié)劑的比例，稱量鎳基納米WC/Co粉末和所述的粘結(jié)劑并混合，充分攪拌均勻制成預(yù)涂膠;③將上述預(yù)涂膠均勻地涂在待激光熔覆處理的工件表面，制成預(yù)涂層烘干。采用自制的粘結(jié)劑制備鎳基納米WC/Co預(yù)涂層，然后再采用激光熔覆工藝，制備出了表面較平整，較細密、基本消除了裂紋與孔隙并與基體呈冶金結(jié)合的鎳基納米WC/Co復(fù)合涂層。
公開號為 CN101338425的中國發(fā)明專利申請給出的《鐵路道岔滑床板表面耐磨抗蝕合金涂層激光熔覆工藝》，包括以下工藝過程:首先滑床板表面預(yù)處理，即在室溫下對滑床板表面進行除油除銹，并用酒精清洗干凈；然后是合金粉末的預(yù)置，即把待熔覆的鐵基、鎳基或鈷基合金粉末預(yù)置于上述處理后的滑床板表面，并用帶有導(dǎo)軌的刮尺來調(diào)整預(yù)制合金粉末，使之均勻分布在滑床板表面并具有適當?shù)暮穸龋詽M足熔覆后涂層厚度的要求；最后是光熔覆強化滑床板，選用氣體CO2激光器，工作臺為數(shù)控機床，在滑床板表面進行激光熔覆強化。現(xiàn)有技術(shù)給出的上述技術(shù)方案雖能利用激光熔覆工藝對部分設(shè)備部件進行防腐耐磨涂層處理，并通過配制適當?shù)娜鄹膊牧峡朔思す馊蹖哟嬖诘牧鸭y、氣孔和微觀結(jié)構(gòu)不均勻性的問題，取得一定的技術(shù)效果。但對其他特定的設(shè)備部件，例如像輸送輥道這樣的特殊結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有的激光熔覆工藝已明顯不能適應(yīng)。經(jīng)本申請人檢索查證:采用激光熔覆工藝完成輸送輥道表面抗熱耐磨合金涂層，國內(nèi)尚無先例，國外也沒有見到相關(guān)報道。因此，尋找出適當?shù)牟捎眉す馊鄹餐瓿奢斔洼伒辣砻婵篃崮湍ズ辖鹜繉拥墓に嚪椒ǎ孕杷鶎兕I(lǐng)域的技術(shù)人員利用公知的激光熔覆技術(shù)，針對特定的輸送輥道表面抗熱耐磨合金涂層制備課題進一步作出創(chuàng)造性的研究工作，以便能給出令人滿意的激光熔覆制造輸送輥道表面抗熱耐磨合金涂層的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種制備輸送輥道表面抗熱耐磨合金涂層的方法。該工藝采用具有良好的抗熱性和耐磨性的合金粉末作為激光熔覆合金材料，采取激光熔覆方法將具有抗熱耐磨性能的合金粉末均勻地熔覆在輸送輥道表面，形成均勻致密的冶金結(jié)合涂層，熔覆層與基體形成牢固的冶金結(jié)合，不產(chǎn)生剝落。本發(fā)明給出的技術(shù)方案是:這種制備輸送輥道表面抗熱耐磨合金涂層的方法，其特點是包括以下過程。( I)輸送棍道表面預(yù)處理。室溫下對連鑄輥表面進行除油、除銹，并用酒精清洗干凈。并用著色探傷法對其進行檢驗，要求表面無裂紋、氣孔、夾雜等缺陷。(2)合金粉末的選擇和自動送粉裝置的調(diào)節(jié)。選用球狀碳化鶴顆粒為耐磨相，以N1-25為粘接相,球狀碳化鶴不僅硬度高耐磨性能好而又因其球狀的外形耐熱裂性能也很出眾，N1-25不僅硬度適中韌性好而且抗熱性能很出眾是一種很理想的粘接相用粉。二者質(zhì)量配比為碳化鎢占20 30%，N1-25占70 80%。調(diào)節(jié)自動送粉裝置，使自動送粉頭出來的合金粉末正好落在激光熔池內(nèi)，調(diào)節(jié)送粉量，使合金粉末涂層的厚度達到0.8-2mm。(3)光束調(diào)節(jié)。選用拋物聚焦鏡，并調(diào)節(jié)離焦量使聚焦激光光斑為圓形， 光斑尺寸:￠2.5_4mm。(4 )抗熱耐磨涂層激光熔覆。選用DL — HL — T5000型CO2激光器，工作臺為SMENS數(shù)控激光加工機。采用同步送粉裝置將合金粉末自動送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自動送粉頭沿轉(zhuǎn)輪軸向進給，轉(zhuǎn)輪按設(shè)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，在連鑄輥表面形成均勻致密的激光熔覆層。熔覆工藝參數(shù)如下。激光功率P = 3000 4000W。聚焦矩形光斑尺寸:2.5_4mm圓形光斑。掃描速度500-3500mm/min。搭接率40 60%。涂層厚度:0.8-2mm。(5)熔覆后探傷檢驗。用著色探傷法對輥道表面加工部位進行檢驗，要求加工部位無裂紋、氣孔等缺陷。本發(fā)明的原理是:采用具有優(yōu)良的抗熱耐磨性能、與連輥道基體具有良好冶金與力學(xué)相容的合金粉末，在高功率激光束輻照工件表面的同時，采用自動送粉裝置同步向激光熔池送入合金粉末，合金粉末在熔池內(nèi)發(fā)生快速熔化和凝固，形成均勻致密的抗熱耐磨熔覆層，熔覆層與基體形成牢固的冶金結(jié)合。熔覆層厚度在0.8-2_，且均勻分布。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是。1、激光熔覆合金涂層均勻、致密，與基體形成牢固的冶金結(jié)合，涂層具有優(yōu)良的抗熱耐磨性能，采用本發(fā)明技術(shù)制造的連鑄輥顯著提高了抗熱耐磨性能和使用壽命。2、本發(fā)明可用于輸送輥道制造和修復(fù)再制造。
具體實施例方式實施例1。( I)輸送棍道表面預(yù)處理。室溫下對輸送輥道表面進行除油、除銹，并用酒精清洗干凈。用著色探傷法對連鑄輥加工部位進行檢驗，要求加工部位無裂紋、氣孔、夾雜等缺陷。(2)合金粉末的選擇和自動送粉裝置的調(diào)節(jié)。選用球狀碳化鶴顆粒為耐磨相，以N1-25為粘接相,球狀碳化鶴不僅硬度高耐磨性能好而又因其球狀的外形耐熱裂性能也很出眾，N1-25不僅硬度適中韌性好而且抗熱性能很出眾是一種很理想的粘接相用粉。二者質(zhì)量配比為碳化鎢占20%，N1-25占80%。
調(diào)節(jié)自動送粉頭使粉末正好落在激光熔池內(nèi)，調(diào)節(jié)送粉量使涂層厚度達到0.8mm。(3)光束調(diào)節(jié)。選用f=300mm拋物聚焦鏡，并調(diào)節(jié)離焦量使聚焦激光光斑為圓形，光斑尺寸:3mm。( 4 )抗熱耐磨涂層激光熔覆。開啟DL — HL — T5000型CO2激光器，工作臺為SMENS數(shù)控激光加工機。采用同步送粉裝置將合金粉末自動送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自動送粉頭沿輥道向進給，連鑄輥按設(shè)定轉(zhuǎn)速 旋轉(zhuǎn)，在連鑄輥表面形成均勻致密的激光熔覆層。熔覆工藝參數(shù)如下。激光功率P = 4000W。聚焦圓形光斑尺寸:4>3mm。掃描速度V = 2500mm/min。
搭接率50%。(5)熔覆后探傷檢驗。用著色探傷法對輸送輥道加工部位進行檢驗，加工部位無裂紋、氣孔等缺陷。實施例2。(I)輸送棍道表面預(yù)處理。室溫下對連鑄輥表面進行除油、除銹，并用酒精清洗干凈。用著色探傷法對輸送輥道加工部位進行檢驗，要求加工部位無裂紋、氣孔、夾雜等缺陷。(2)合金粉末的選擇和自動送粉裝置的調(diào)節(jié)。選用球狀碳化鶴顆粒為耐磨相，以N1-25為粘接相,球狀碳化鶴不僅硬度高耐磨性能好而又因其球狀的外形耐熱裂性能也很出眾，N1-25不僅硬度適中韌性好而且抗熱性能很出眾是一種很理想的粘接相用粉。二者質(zhì)量配比為碳化鎢占30%，N1-25占70%，調(diào)節(jié)自動送粉頭使粉末正好落在激光熔池內(nèi)，調(diào)節(jié)送粉量使涂層厚度達到2.0mm。(3)光束調(diào)節(jié)。選用f=300mm拋物聚焦鏡，并調(diào)節(jié)離焦量使聚焦激光光斑為圓形，光斑尺寸:4mm。( 4 )抗熱耐磨涂層激光熔覆。開啟DL — HL — T5000型CO2激光器，工作臺為SMENS數(shù)控激光加工機。采用同步送粉裝置將合金粉末自動送入 激光熔池，高功率聚焦激光束和自動送粉頭沿輸送輥道軸向進給，連鑄輥按設(shè)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，在連鑄輥表面形成均勻致密的激光熔覆層。熔覆工藝參數(shù)如下。激光功率P = 4000W。聚焦矩形光斑尺寸:小4mm。掃描速度V = 1500mm/min。搭接率45%。(5 )熔覆后探傷檢驗。用著色探傷法對輸送輥道加工部位進行檢驗，加工部位無裂紋、氣孔等缺陷。實施例3。( I)輸送棍道表面預(yù)處理。室溫下對連鑄輥表面進行除油、除銹，并用酒精清洗干凈。用著色探傷法對輸送輥道加工部位進行檢驗，要求加工部位無裂紋、氣孔、夾雜等缺陷。(2)合金粉末的選擇和自動送粉裝置的調(diào)節(jié)。選用球狀碳化鶴顆粒為耐磨相，以N1-25為粘接相,球狀碳化鶴不僅硬度高耐磨性能好而又因其球狀的外形耐熱裂性能也很出眾，N1-25不僅硬度適中韌性好而且抗熱性能很出眾是一種很理想的粘接相用粉。二者質(zhì)量配比為碳化鎢占25%，N1-25占75%。調(diào)節(jié)自動送粉頭使粉末正好落在激光熔池內(nèi)，調(diào)節(jié)送粉量使涂層厚度達到1.5mm。(3)光束調(diào)節(jié)。選用f=300mm拋物聚焦鏡，并調(diào)節(jié)離焦量使聚焦激光光斑為圓形，光斑尺寸:4mm。( 4 )抗熱耐磨涂層激光熔覆。
開啟DL — HL — T5000型CO2激光器，工作臺為SMENS數(shù)控激光加工機。采用同步送粉裝置將合金粉末自動送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自動送粉頭沿輸送輥道軸向進給，連鑄輥按設(shè)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，在連鑄輥表面形成均勻致密的激光熔覆層。熔覆工藝參數(shù)如下。激光功率P = 4000W。聚焦矩形光斑尺寸:小4mm。掃描速度V = 1500mm/min。

搭接率45%。(5)熔覆后探傷檢驗。用著色探傷法對輸送輥道加工部位進行檢驗，加工部位無裂紋、氣孔等缺陷。
權(quán)利要求
1.一種制備輸送輥道表面抗熱耐磨合金涂層的方法，其特征在于包括以下過程: (1)輸送輥道表面預(yù)處理 室溫下對連鑄輥表面進行除油、除銹，并用酒精清洗干凈；并用著色探傷法對其進行檢驗，要求表面無裂紋、氣孔、夾雜等缺陷； (2)合金粉末的選擇和自動送粉裝置的調(diào)節(jié) 選用球狀碳化鶴顆粒為耐磨相，以N1-15為粘接相，二者質(zhì)量配比為碳化鶴占20 30%, N1-25 占 70 80% ； 調(diào)節(jié)自動送粉裝置，使自動送粉頭出來的合金粉末正好落在激光熔池內(nèi)，調(diào)節(jié)送粉量，使合金粉末涂層的厚度達到0.8-2mm ； (3)光束調(diào)節(jié) 選用拋物聚焦鏡，并調(diào)節(jié)離焦量使聚焦激光光斑為圓形，光斑尺寸:￠2.5-4mm ； (4)抗熱耐磨涂層激光熔覆 選用DL — HL — T5000型CO2激光器，工作臺為SMENS數(shù)控激光加工機；采用同步送粉裝置將合金粉末自動送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自動送粉頭沿轉(zhuǎn)輪軸向進給，轉(zhuǎn)輪按設(shè)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，在連鑄輥表面形成均勻致密的激光熔覆層； 熔覆工藝參數(shù)如下: 激光功率P = 3000 4000W 聚焦矩形光斑尺寸:0 2.5-4mm圓形光斑 掃描速度 500-3500mm/min 搭接率40 60% 涂層厚度:0.8-2mm ； (5)熔覆后探傷檢驗 用著色探傷法對輥道表面加工部位進行檢驗，要求加工部位無裂紋、氣孔等缺陷。
全文摘要
一種制備輸送輥道表面抗熱耐磨合金涂層的方法，其特點是包括以下過程1.輸送輥道表面預(yù)處理；2.合金粉末的選擇和自動送粉裝置的調(diào)節(jié),其中選用球狀碳化鎢顆粒為耐磨相，以Ni-25為粘接相;3.光束調(diào)節(jié)，選用拋物聚焦鏡；4.抗熱耐磨涂層激光熔覆；5.熔覆后用著色探傷法對輥道表面加工部位進行檢驗。本發(fā)明采用具有良好的抗熱性和耐磨性的合金粉末作為激光熔覆合金材料，采取激光熔覆方法將具有抗熱耐磨性能的合金粉末均勻地熔覆在輸送輥道表面，形成均勻致密的冶金結(jié)合涂層，熔覆層與基體形成牢固的冶金結(jié)合，不產(chǎn)生剝落。
文檔編號C23C24/10GK103194749SQ20121000425
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者陶興啟, 黃旭東, 崔忠寶, 王悅賓 申請人:沈陽大陸激光成套設(shè)備有限公司