本发明属于激光熔覆再制造领域，具体涉及一种基于同步碾压的激光熔覆层制备方法。
背景技术：
激光熔覆技术是以高能激光束为热源，将预置或同步供给在基材表面的具有优异耐磨、耐蚀及耐热等性能的涂层材料熔化，并与基体形成良好的冶金结合，从而获得特殊要求的表面改性技术。此技术具有稀释率低、热影响区小、熔覆件扭曲变形小、过程易于实现自动化等优点。在激光熔覆过程中，激光、粉末材料及基体间相互作用形成熔覆层是一个较复杂的熔化-凝固冶金过程，熔池的凝固在固液界面前沿存在柱状晶和等轴晶的相互竞争生长与转化，这便导致熔覆层组织结构的复杂性。不同激光工艺参数制备熔覆层的柱状晶含量高低与生长取向是不同的，这将会在熔覆层零部件服役过程中表现出迥异的力学性能。相同激光工艺参数制备的熔覆层，由于组织结构的不均匀，也会在服役过程中表现出性能的不稳定性。这便说明激光熔覆层的成形质量很难得到准确控制，提高熔覆层的成形质量一直是国内外关注的热点和追求的直接目标。
技术实现要素：
为克服上述现有技术存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种基于同步碾压的激光熔覆层制备方法，以使制备的激光熔覆层具有更细小、更均匀的显微组织结构，因而具备更为优异的力学性能。
本发明的目的是通过以下技术方案得以实施的：
一种基于同步碾压的激光熔覆层制备方法，包括熔覆层合金粉末依次经过等离子喷涂工序、激光重熔工序、同步碾压工序和热处理工序，其中：所述的同步碾压工序采用陶瓷滚子紧随熔池对刚凝固的合金层进行碾压处理。
发明人研究发现，激光熔覆层的制备方法中，增加同步碾压工序，使熔覆层发生变形，可以破碎定向生长的柱状晶与树枝晶，使之转变成细小等轴晶，从而制备出的激光熔覆层具有更细小、更均匀的显微组织结构。与此同时，位错密度大幅度增加，起到了位错强化的作用。经过去应力退火，消除残余应力，仍保持较高的耐磨性与均匀性。与传统激光熔覆工艺制备的熔覆层相比，其平均显微硬度提高了15% 以上。
作为优选，所述的所有工序在真空或惰性气体保护条件下进行。本发明的术语“真空”是本领域的通用术语；惰性气体如选择氩气等，目的是防止氧化。
作为优选，所述的陶瓷滚子与氮气弹簧连接，由氮气弹簧提供正压力，可确保工作工程中熔覆层所受的压应力更为恒定，变形更为均匀，从而获得更为优质的激光熔覆层。与普通弹簧相比，无需进行较大的压缩变形，减小了陶瓷滚子起落时的行程，有利于提高生产效率。
作为优选，所述的同步碾压工序中：陶瓷滚子的厚度为熔池直径2倍以上，从而使激光熔覆层耐磨性显著提高与组织结构细化的同时，熔覆层表面平整度也得到优化。
作为优选，所述的陶瓷滚子转轴材质为黄铜，内部通有冷却水，可确保陶瓷滚子温度不至于过分升高而加速磨损。
作为优选，所述的热处理工艺为去应力退火，可确保消除内应力的同时，仍保留同步碾压的强化效果。
本发明有以下优点：本发明制备的激光熔覆层，定向生长的柱状晶与树枝晶被破碎，形成细小等轴晶，组织结构均匀化，位错密度高，具有较高的强度与耐磨性。与传统方法制备的激光熔覆层相比，具有更为优异的力学性能。与此同时，陶瓷滚子碾压变形可以改善熔覆层表面形貌，提高熔覆层表面平整度。
附图说明
图1为同步碾压的示意图；
图中附图标记的含义：1-熔覆层，2-基板，3-冷却水进水管，4-转轴支撑架，5-陶瓷滚子转轴，6-陶瓷滚子，7-激光束，8-激光头，9-冷却水出水管，10-压杆。
具体实施方式
下面结合实施例，更具体地说明本发明的内容。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1 ：
一种基于同步碾压的激光熔覆层制备方法，包括：
（1）在氩气保护下，使用等离子喷涂工艺将Ni60粉末均匀喷涂于低碳钢基板上，厚度约为1mm。
（2）在氩气保护下，对喷涂于基板上的Ni60合金进行激光重熔，激光功率3000W，光斑直径4mm，搭接率30%，扫描速度10mm/s，采用单向扫描。
（3）如图1所示，与激光扫描同步，一个直径为50mm，厚度为10mm的陶瓷滚子紧随熔池对刚凝固的合金层进行碾压处理，压力为5000N，陶瓷滚子作用位置距离熔池末端15mm。碾压过程中，陶瓷滚子边缘与正在扫描轨道的边缘重合，重心落在已经过碾压的轨道上。此操作目的在于确保未经重熔的Ni60合金不会被陶瓷滚子碾压，同时有利于改善熔覆层表面平整度。
（4）在氩气保护下，对重熔与同步碾压后的熔覆层进行去应力退火，退火时间为2h。
对本实施例得到的激光熔覆层进行检测，截面平均显微硬度达到603HV，与未经过同步碾压其余方法与参数相同条件下制备的熔覆层（518HV）相比，硬度提高了16.4%。
实施例2
本实施例其它操作同实施例1，不同之处在于：熔覆材料选用NiCrBSi 自熔性合金粉末，其化学成分为(wt%)：17.0Cr，3.5B，4.0Si，1.0C，<12Fe，余为Ni。
对本实施例得到的激光熔覆层进行检测，截面平均显微硬度达到950HV，与未经过同步碾压其余方法与参数相同条件下制备的熔覆层（787HV）相比，硬度提高了20.7%。
实施例3
本实施例其它操作同实施例1，不同之处在于：熔覆材料选用CoCrW钴基合金粉末，其化学成分为(wt%)：29.9Cr，4.5W， 0.99C，3.0 Ni，1.4Si，余为Co。
对本实施例得到的激光熔覆层进行检测，截面平均显微硬度达到1186HV，与未经过同步碾压其余方法与参数相同条件下制备的熔覆层（974HV）相比，硬度提高了21.8%。
实施例4
本实施例其它操作同实施例1，不同之处在于：熔覆材料选用Inconel718合金粉末。
对本实施例得到的激光熔覆层进行检测，截面平均显微硬度达到433HV，与未经过同步碾压其余方法与参数相同条件下制备的熔覆层（307HV）相比，硬度提高了41%。
上述优选实施例只是用于说明和解释本发明的内容，并不构成对本发明内容的限制。尽管发明人已经对本发明做了较为详细地列举，但是，本领域的技术人员根据发明内容部分和实施例所揭示的内容，能对所描述的具体实施例做各种各样的修改或/ 和补充或采用类似的方式来替代是显然的，并能实现本发明的技术效果，因此，此处不再一一赘述。本发明中出现的术语用于对本发明技术方案的阐述和理解，并不构成对本发明的限制。