本發明涉及表面工程技術領域，特別是涉及一種港機走輪激光熔覆不銹鋼涂層的方法。

背景技術：

走輪是船舶及港機起吊裝備上應用廣泛的部件之一，每年報廢的走輪部件量很大，這些走輪部件的報廢大多是因為走輪繩槽表面磨損或疲勞而引起的尺寸超差或表面性能失效，但受損面經修復強化后可繼續服役。目前采用的修復或強化技術主要是堆焊和熱噴涂。堆焊法修復時的熱輸入大，導致部件的熱影響區大、變形嚴重，甚至開裂，基體材料的性能降低明顯。熱噴涂法，雖然能解決變形和開裂問題，但是涂層與基體是半冶金結合，結合力較弱，涂層容易剝落，導致部件失效。

因此，急需開發新的低熱輸入、涂層結合力高的涂層制備方法。

技術實現要素：

本發明的目的是要提供一種港機走輪激光熔覆不銹鋼涂層的方法，本發明的方法低熱輸入、低變形、涂層與基體冶金且涂層無缺陷、耐磨性能高、自動化程度高。

為了實現上述目的，本發明提供了一種港機走輪激光熔覆不銹鋼涂層的方法，包括：

步驟一，對走輪的表面進行前處理；

步驟二，通過150目篩處理fecrni不銹鋼粉末，將處理后的所述不銹鋼粉末放入烘干箱內，在100℃下保溫30～60分鐘，冷至室溫后得到熔覆用粉末并放入送粉罐中；

步驟三，對所述走輪進行感應加熱，之后進行保溫緩冷，使得所述走輪達到90～110℃的溫度范圍；

步驟四，采用固定固體光纖激光器和所述熔覆用粉末對所述走輪的表面進行螺旋多道搭接的激光熔覆；所述固體光纖激光器的激光功率為2800～3200w，掃描線速度3.5～5.0mm/s；所述螺旋多道搭接的搭接率15％～20％，所述送粉罐的送粉量35～50g/min。

進一步地，本發明的方法，還包括：步驟五，對激光熔覆后的走輪進行保溫處理，保溫溫度150℃，保溫時間180min，后隨保溫棉自然冷卻至室溫。

進一步地，在所述步驟四中，激光熔覆保護氣和送粉氣為氬氣，氣流量為2l/min～3l/min。

進一步地，所述熔覆用粉末的重量百分比組分如下：

c：0.03～0.08％；

si：0.8～1.0％；

ni：8～12％；

cr：18～20％；

fe：余量。

進一步地，所述熔覆用粉末的熔點為960℃，hrc硬度為50～55。

進一步地，所述步驟四的所述螺旋多道搭接的激光熔覆中，

在完成一道熔覆之后，對螺旋搭接未熔覆到位的邊緣處進行補邊熔覆；在進行下一道熔覆之前，去除熔覆層表面的熔渣，并測定所述走輪的溫度，使得所述走輪達到90～110℃的溫度范圍。

進一步地，所述前處理包括：去除所述走輪的表面受損層，并進行表面清洗。

進一步地，上述的方法中，所述表面受損層包括：氧化銹蝕層和疲勞開裂層。

進一步地，在所述步驟四之前還包括：用壓縮空氣對所述走輪進行浮塵清理。

本發明實施例具有以下技術效果：

1)熱輸入低、變形小。與傳統電弧堆焊相比，激光熔覆過程中，熱源為激光束，由于激光束能量集中，且作用范圍精確控制，熱輸入低，避免了涂層組織粗大，并有效的控制了變形。

2)涂層結合力高，使用壽命長。與傳統的熱噴涂相比，激光熔覆獲得的涂層與走輪基材間實現了良好的冶金結合，涂層與走輪基材結合力高，涂層不易剝落，極大的提高了涂層的使用壽命。

3)涂層稀釋率低，耐磨性能好。因激光熱輸入小，基體熱影響區范圍較小，涂層稀釋率小，同時，涂層組織致密，無裂紋等缺陷存在，涂層耐磨性能好。

4)效率高、軟化區小，硬度高。

根據下文結合附圖對本發明具體實施例的詳細描述，本領域技術人員將會更加明了本發明的上述以及其他目的、優點和特征。

附圖說明

后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細描述本發明的一些具體實施例。附圖中相同的附圖標記標示了相同或類似的部件或部分。本領域技術人員應該理解，這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中：

圖1是本發明方法實施例的步驟流程圖；

圖2是本發明方法實施例的工藝裝置示意圖。

具體實施方式

圖1是本發明方法實施例的步驟流程圖，如圖1所示，本發明實施例提供一種港機走輪激光熔覆不銹鋼涂層的方法，包括：

s101，對走輪的表面進行前處理；

s102，通過150目篩處理fecrni不銹鋼粉末，將處理后的所述不銹鋼粉末放入烘干箱內，在100℃下保溫30～60分鐘，冷至室溫后得到熔覆用粉末并放入送粉罐中；

s103，對所述走輪進行感應加熱，之后進行保溫緩冷，使得所述走輪達到90～110℃的溫度范圍；

s104，采用固定固體光纖激光器和所述熔覆用粉末對所述走輪的表面進行螺旋多道搭接的激光熔覆；所述固體光纖激光器的激光功率為2800～3200w，掃描線速度3.5～5.0mm/s；所述螺旋多道搭接的搭接率15％～20％，所述送粉罐的送粉量35～50g/min。

本發明所采用的方法熱輸入低，變形小，熱源為激光束，激光束能量集中，作用范圍精確可控，避免涂層組織粗大，有效的控制了變形。fecrni不銹鋼粉末通過激光熔覆獲得涂層，與走輪基材間實現了良好的冶金結合，涂層與走輪基材結合力高，涂層不易剝落，極大的提高了涂層的使用壽命。本發明采用激光熔覆，激光熱輸入小，基體熱影響區范圍小，涂層稀釋率低，涂層組織致密，無裂紋等缺陷，涂層耐磨性能好，具有效率高、軟化區小，硬度高的特點。

在一些說明性實施例中，還包括：s105，對激光熔覆后的走輪進行保溫處理，保溫溫度150℃，保溫時間180min，后隨保溫棉自然冷卻至室溫。

在一些說明性實施例中，在s104中，激光熔覆保護氣和送粉氣為氬氣，氣流量為2l/min～3l/min。

在一些說明性實施例中，所述固體光纖激光器輸出的光斑為22×1.5mm²。所述固體光纖激光器的離焦量為0。

本發明的方法采用22×1.5mm²的寬矩形光斑螺旋搭接法熔覆，提高了加工效率。有效控制搭接率在15％～20％的范圍內，減少搭接軟化區尺寸，得到組織均勻、晶粒細小的熔覆組織，進一步提高走輪工作面的硬度和耐磨性能，熔覆層表層最高硬度能達到hrc57～58，使得走輪的耐磨性能提高1倍以上。

在一些說明性實施例中，所述熔覆用粉末的重量百分比組分如下：

c：0.03～0.08％；

si：0.8～1.0％；

ni：8～12％；

cr：18～20％；

fe：余量。

在一些說明性實施例中，所述熔覆用粉末的熔點為960℃，hrc硬度為50～55。

在一些說明性實施例中，s104的所述螺旋多道搭接的激光熔覆中，

在完成一道熔覆之后，對螺旋搭接未熔覆到位的邊緣處進行補邊熔覆；在進行下一道熔覆之前，去除熔覆層表面的熔渣，并測定所述走輪的溫度，使得所述走輪達到90～110℃的溫度范圍。

在一些說明性實施例中，所述前處理包括：去除所述走輪的表面受損層，并進行表面清洗。

在一些說明性實施例中，所述表面受損層包括：氧化銹蝕層和疲勞開裂層。

在一些說明性實施例中，在s104之前還包括：用壓縮空氣對所述走輪進行浮塵清理。

實施例1

一種港機走輪激光熔覆不銹鋼涂層的方法，包括：

步驟一，前處理：機械去除走輪表面的氧化銹蝕層、疲勞開裂層，進行磁粉探傷或滲透探傷，確保待修復表面無氣孔裂紋等缺陷存在，對走輪進行尺寸及形位公差檢測記錄，對照走輪設計圖紙確定待修復位置及尺寸要求，然后清洗待修復表面及周圍相關區域，使走輪表面清潔；

步驟二，通過150目篩處理fecrni不銹鋼粉末，將處理后的所述不銹鋼粉末放入烘干箱內，在100℃下保溫30分鐘，冷至室溫后得到熔覆用粉末并放入送粉罐中；

步驟三，對清理干凈的走輪進行感應加熱處理，設定加熱溫度200℃，加熱時間60min，保溫緩冷30min，用壓縮空氣清理工件表面浮沉浮塵，獲得待激光熔覆的走輪，使得所述走輪達到90～110℃的溫度范圍；

步驟四，采用固定固體光纖激光器和所述熔覆用粉末對所述走輪的表面進行螺旋多道搭接的激光熔覆；所述固體光纖激光器的激光功率為2800w，輸出的光斑為22×1.5mm²，離焦量0，掃描線速度3.5mm/s，所述螺旋多道搭接的搭接率20％，所述送粉罐的送粉量35g/min。激光熔覆保護氣和送粉氣選用氬氣，氣流量為2l/min，采用螺旋多道搭接法進行熔覆加工，獲得激光熔覆后的走輪；

步驟五，對激光熔覆后的走輪進行保溫處理，保溫溫度150℃，保溫時間180min，后隨包裹其的保溫棉自然冷卻至室溫。

其中，fecrni粉末主要成分及其質量分數為，c：0.03％；si：0.8％；ni：8％；cr：18％；fe：余量。粉末熔點965℃，粉末hrc硬度50～52。

實驗表明，采用以上配比的fecrni粉末，能達到955-965℃的最佳粉末熔點，在960℃熔點時，既能保障熔覆結合強度，又不損害走輪基體內部深度結構，能得到最佳的熔覆冶金結合，hrc硬度50～60能夠保障走輪熔覆后的表面強度，使得熔覆后的走輪具有超過普通走輪的壽命。

圖2示出了本發明方法實施例的工藝裝置示意圖，如圖2所示，激光頭1從左向右橫向移動，走輪基體5隨變位機卡盤轉動，激光束2輻照走輪基體5表面上的fecrni不銹鋼粉末3上，激光束2離開，fecrni不銹鋼粉末3凝固成熔覆層4。

表1為實施例1的走輪力學性能測試和表面滲透探傷結果。

表1力學性能測試和表面滲透探傷結果

采用實施例1的方法及參數，探傷結果均為無裂紋。

實施例2

一種走輪激光熔覆不銹鋼涂層的方法，包括以下步驟：

步驟一，前處理：機械去除走輪表面的氧化銹蝕層、疲勞開裂層，進行磁粉探傷或滲透探傷，確保待修復表面無氣孔裂紋等缺陷存在，對走輪進行尺寸及形位公差檢測記錄，對照走輪設計圖紙確定待修復位置及尺寸要求，然后清洗待修復表面及周圍相關區域，使走輪表面清潔；

步驟二，通過150目篩處理fecrni不銹鋼粉末，將處理后的所述不銹鋼粉末放入烘干箱內，在200℃下加熱60min，保溫緩冷30分鐘，冷至室溫后得到熔覆用粉末并放入送粉罐中；

步驟三，對清理干凈的走輪進行感應加熱處理，設定加熱溫度200℃，加熱時間60min，保溫緩冷30min，用壓縮空氣清理工件表面浮沉浮塵，獲得待激光熔覆的走輪，使得所述走輪達到90～110℃的溫度范圍；

步驟四，采用固定固體光纖激光器和所述熔覆用粉末對所述走輪的表面進行螺旋多道搭接的激光熔覆；所述固體光纖激光器的激光功率為3000w，輸出的光斑為22×1.5mm²，離焦量0，掃描線速度3.5mm/s，所述螺旋多道搭接的搭接率15％，所述送粉罐的送粉量35g/min。激光熔覆保護氣和送粉氣選用氬氣，氣流量為2l/min，采用螺旋多道搭接法進行熔覆加工，獲得激光熔覆后的走輪；

步驟五，對激光熔覆后的走輪進行保溫處理，保溫溫度150℃，保溫時間180min，后隨包裹其的保溫棉自然冷卻至室溫。

其中，fecrni不銹鋼粉末主要成分及其質量分數為，c：0.08％；si：1.0％；ni：12％；cr：20％；fe：余量；粉末熔點960，粉末hrc硬度52～55。

表2為實施例2的走輪力學性能測試和表面滲透探傷結果。

表2力學性能測試和表面滲透探傷結果

采用實施例2的方法及參數，探傷結果均為無裂紋。

實施例3

一種走輪激光熔覆不銹鋼涂層的方法，包括以下步驟：

步驟一，前處理：機械去除走輪表面的氧化銹蝕層、疲勞開裂層，進行磁粉探傷或滲透探傷，確保待修復表面無氣孔裂紋等缺陷存在，對走輪進行尺寸及形位公差檢測記錄，對照走輪設計圖紙確定待修復位置及尺寸要求，然后清洗待修復表面及周圍相關區域，使走輪表面清潔；

步驟二，通過150目篩處理fecrni不銹鋼粉末，將處理后的所述不銹鋼粉末放入烘干箱內，在100℃下保溫30分鐘，冷至室溫后得到熔覆用粉末并放入送粉罐中；

步驟三，對清理干凈的走輪進行感應加熱處理，設定加熱溫度200℃，加熱時間60min，保溫緩冷30min，用壓縮空氣清理工件表面浮沉浮塵，獲得待激光熔覆的走輪，使得所述走輪達到90～110℃的溫度范圍；

步驟四，采用固定固體光纖激光器和所述熔覆用粉末對所述走輪的表面進行螺旋多道搭接的激光熔覆；所述固體光纖激光器輸出的光斑為22×1.5mm²，激光功率2800～3200w，離焦量0，掃描線速度3.0～4.0mm/s，所述螺旋多道搭接的搭接率15～20％，所述送粉罐的送粉量35～50g/min，激光熔覆保護氣和送粉氣選用氬氣，氣流量為2～3l/min，選用同軸熔覆激光頭(光斑φ＝1.5mm)對繩槽邊緣尺寸不足處進行補邊處理，同軸熔覆激光頭的激光功率1100～1500w，離焦量0，掃描線速度4.0～6.0mm/s，螺旋多道搭接的搭接率55％，送粉量3～6g/min，激光熔覆保護氣和送粉氣選用氬氣，氣流量為5l/min，采用螺旋多道搭接法進行熔覆加工，獲得激光熔覆后的走輪；

步驟五，對激光熔覆后的走輪進行保溫處理，保溫溫度150℃，保溫時間180min，后隨包裹其的保溫棉自然冷卻至室溫。

其中，fecrni不銹鋼粉末為預制粉末，主要成分及其質量分數為，c：0.03～0.08％；si：0.8～1.0％；ni：8～12％；cr：18～20％；fe：余量，合金粉末熔點960℃，合金粉末hrc硬度50～55。

走輪冷至室溫后檢查發現熔覆3層fecrni不銹鋼合金(熔覆層厚度約2.5mm)后，熔覆層搭接處及隆起部位開裂，裂紋未拉裂基材。改進熔覆工藝方案，其他熔覆參數不變的情況下，先進行一層鐵基軟合金粉末(hrc硬度≤20)作為過渡層再熔覆fecrni不銹鋼粉末。機加工去除熔覆合金層后，進行二次熔覆加工，熔覆后熱處理溫度調整為200℃，保溫200min后冷卻至室溫。表3為實施例3的走輪力學性能測試和表面滲透探傷結果。

表3力學性能測試和表面滲透探傷結果

采用實施例3的方法及參數，探傷結果均為無裂紋。

由上可知，本發明具有以下優勢：熱輸入低、變形小。激光熔覆過程中，熱源為激光束，由于激光束能量集中，且作用范圍精確控制，熱輸入低，避免了涂層組織粗大，并有效的控制了變形。涂層結合力高，使用壽命長。激光熔覆獲得的涂層與基材間實現了良好的冶金結合，涂層與基體結合力高，涂層不易剝落，極大的提高了涂層的使用壽命。涂層稀釋率低，耐磨性能好，因激光熱輸入小，基體熱影響區范圍較小，涂層稀釋率小，同時，熔覆層組織致密，無裂紋等缺陷存在，涂層耐磨性能好。并且效率高。激光熔覆采用寬矩形光斑(15-22mm寬光斑)螺旋搭接法熔覆，作用面積大，提高了加工效率。軟化區小，硬度高，通過有效控制搭接率可以減少搭接軟化區尺寸，得到組織均勻、晶粒細小的熔覆組織，能進一步提高走輪工作面的硬度和耐磨性能，熔覆層表層最高硬度能達到hrc57～58，使得走輪的耐磨性能提高1倍以上。

至此，本領域技術人員應認識到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發明的多個示例性實施例，但是，在不脫離本發明精神和范圍的情況下，仍可根據本發明公開的內容直接確定或推導出符合本發明原理的許多其他變型或修改。因此，本發明的范圍應被理解和認定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。