一种激光熔覆镍基合金的紫铜水套的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及激光熔覆技术领域，更具体地说，涉及一种激光熔覆镍基合金的紫铜水套。
【背景技术】
[0002]现代冶金工业中，仅靠耐火材料已经不能完全满足不断提高的冶金冶炼强度和使用条件。铜水套作为冶金炉窑冷却部件，以水作为热交换介质，利用铜的导热性能优异的特点带走炉体热量，降低耐火材料周围的温度，极大的提高了高温冶金炉窑的使用寿命，保护了炉壳、冷却和制成了耐火材料以及维持了合理炉型，但是铜材易磨损，使用寿命短，提高其耐磨损性能和使用寿命是用户的迫切需求。
[0003]激光熔覆(LaserCladding)亦称激光包覆或激光熔敷，是一种新的表面改性技术，它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层，激光熔覆技术可制备与基体形成冶金结合的特殊功能涂层，对环境无污染，还具有生产率高、成品率高以及综合成本低等特点，但传统的激光熔覆通常都是在普通合金钢基体表面进行熔覆，对需进行表面改性处理的金属的性能的提升作用十分有限，但对于紫铜合金存在较大的熔覆难度，主要是铜对于激光的反射率较高，照射到表面的激光被反射;另一方面铜的导热性好，大量的激光能量被传导，熔覆时所需能量较大。
[0004]现有技术中为了降低铜表面的反射率，多是采用预置涂层的方法进行激光熔覆，但由于铜的导热性好，还未进行熔覆加工时周围区域涂层已经开始融化，导致部分粉末及外部气体进入熔覆层，产生夹杂和气泡等缺陷;此外，预置涂层后激光不能直接对铜基表面进行加工，熔层深度小，两者难以充分熔合，结合强度较低，导致使用寿命短。
[0005]在进行铜基表面熔覆时，一方面想要得到较高的结合强度，另一方面又无法解决铜的反射性和导热性的难点，导致铜基合金的耐磨性难以有效提高，因此，怎么样改进激光熔覆技术，使得激光熔覆技术在铜表面改性技术中的应用更为普遍，具有重大意义。
[0006]中国专利申请号:201410021469.3，申请日:2014年I月17日，发明创造名称为:一种铜合金表面激光梯度熔覆合金粉末的方法，该申请案公开了一种铜合金表面激光梯度熔覆合金粉末的方法。使用成分为4%?6%的Al、92%?93.5%的Ni，其余为杂质的镍基合金粉末和成分为0.9%?1.2%的(:、26.5%?30.5%的0、0.8%?1.1%的51、3.4%?5.4%的W、1.0 %?2.0 %的Fe、1.2 %?2 %的Ni，其余为Co的钴基合金粉末作为涂料，将上述粉料混合并用粘接剂分别将其调成膏状物，在对需进行处理的铜合金表面进行预处理后，将所得的两种膏状物分别涂覆在铜合金基体上，使其具有铜基体-镍基涂层-钴基涂层-镍基涂层-钴基涂层的结构，最后进行激光熔覆。
[0007]中国专利申请号:200910273446.0，申请日:2009年12月29日，该申请案公开了铜及铜合金表面激光熔覆复合耐磨层及制备方法，，该复合耐磨层为至少两层或两层以上的多层激光熔覆层构成，连接基材的涂层为第一层，也称过渡层，是一种镍基合金，按重量百分比计算其成分为:Cu 20.0?30.0%，Α16.0?8.0%，Si 0.3?0.6%，Zr 1.7?2.4%，余量为Ni;其余层为钴基合金，按重量百分比计算其成分为:C 1.0?1.5%，Cr 25?30%，Fe2—4% ,ff 10?15%，Si 0.8?1.2%，B 3?4%，Ti 8?12%，Ni 10?12%，余量为Co。
[0008]上述两种方法均是采用预置涂层进行熔覆，熔覆层之间的结合强度相对较低，使用寿命高短。
【发明内容】
[0009]1.发明要解决的技术问题
[0010]本发明的目的在于克服现有技术中紫铜水套表面激光熔覆难度大不足，提供了一种激光熔覆镍基合金的紫铜水套，本发明的技术方案，对紫铜水套表面进行覆膜处理来降低铜材的反光率，减少了能量损失，所采用的镍基合金粉末硬度高，与铜基的结合性好，提高了使用寿命。
[0011]2.技术方案
[0012]为达到上述目的，本发明提供的技术方案为:
[0013]本发明的一种激光熔覆镍基合金的紫铜水套，包括紫铜水套本体，在紫铜水套本体一侧设有耐磨层，该耐磨层为激光熔覆镍基合金层，所述耐磨层进行激光熔覆所用镍基合金粉末的各组分及重量百分比为:C 0.1?0.5%，Cr 20?22%，Si 2.5?4.0%，Fe 3?5% ,Mo 6.8?9.0%，Nb 3.8?4.2%，Β I.5?2.2%，余量为Ni。
[0014]作为本发明更进一步的改进，所述镍基合金粉末的粒度为100?325目。
[0015]作为本发明更进一步的改进，所述的耐磨层的激光熔覆过程为:
[0016]步骤1、对紫铜水套本体进行手工打磨或者机加工去除裂纹和疲劳层，对待熔覆铜板进行整体超声波探伤和表面着色探伤确保无裂纹和疲劳层；
[0017]步骤2、在紫铜水套本体的表面进行活化覆膜处理；
[0018]步骤3、对紫铜水套本体整体预热至300?450°C，预热采用1kW履带加热器均匀加热，周围用20?40_厚的保温棉覆盖以减少散热；
[0019]步骤4、采用二氧化碳横激光束进行熔覆，对熔池进行惰性气体保护，采用镍基合金粉末熔覆送粉，激光功率选择4.0?4.5kW，扫描速度350?450mm/min，光斑直径为3?5mm，扫描方式为搭接扫描，搭接率为30?50%，熔覆层厚度为0.3?0.5mm;
[0020]步骤5、熔覆后的紫铜水套本体空冷至室温。
[0021]作为本发明更进一步的改进，步骤2所述的活化覆膜处理包括以下工艺过程:
[0022](I)对紫铜水套本体表面除油并水洗；
[0023](2)对水洗后的紫铜水套本体进行活化处理，并再次水洗去除表面杂质；
[0024](3)按比例配置覆膜处理液进行黑膜转化，把紫铜水套本体在覆膜处理液中浸泡2?3小时，然后水洗、干燥。
[0025]作为本发明更进一步的改进，所述覆膜处理液是用铜材黑色皮膜剂A、铜材黑色皮膜剂B与水按2:1:7的质量比例配制而成。
[0026]作为本发明更进一步的改进，所述铜材黑色皮膜剂A、铜材黑色皮膜剂B分别为邳州市威尔特金属表面处理有限公司的铜材黑色皮膜剂C4030、铜材黑色皮膜剂C4040。
[0027]作为本发明更进一步的改进，步骤4所述熔覆送粉是采用氩气保护气载专用送粉器送置粉末到激光熔池中。
[0028]本发明的镍基合金粉末，Gr具有固溶强化作用，容易与C、B形成GrC、GrB硬质相从而提高合金硬度和耐磨性;Mo固溶后使晶格发生大的畸变，显著强化合金基体，提高基体的高温强度和红硬性;Nb是一种强碳化物形成元素，Nb与C的亲和力远高于Fe与C的亲和力，所以在粉末被熔覆后，Nb首先与熔液中的C化合，形成大量弥散分布的NbC小质点，可以作为异质结晶核心，提高了熔覆层与铜板的结合性，细化了组织。B可以细化组织，不仅能提升强度，还可以增加强度和韧性;适量的Si可以提高熔覆金属的流动性，由于激光熔覆快速熔化、快速凝固的特点，熔覆金属来不及分散便开始凝固，增加一定量的Si可改善熔覆金属的分布;B和Si可以作为熔池脱氧剂，除去熔池中氧元素，提高金属流动性增加润湿性，能够起到固溶强化和弥散强化作用，提高熔敷层的硬度和耐磨性。
[0029]该合金对氧化和还原环境的各种腐蚀介质都具有非常出色的抗腐蚀能力，优秀的抗点腐蚀和缝隙腐蚀的能力，并且不会产生由于氯化物引起的应力腐蚀开裂，优秀的耐无机酸腐蚀能力，如硝酸、磷酸、硫酸、盐酸以及硫酸和盐酸的混合酸等，优秀的耐各种无机酸混合溶液腐蚀的能力，良好的加工性和焊接性，无焊后开裂敏感性。
[0030]3.有益效果
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