钨阴极激光多层熔覆修复方法
【专利摘要】本发明属于激光熔覆技术领域，具体涉及稀土熔盐电解用钨电极激光多层修复工艺，本发明属于激光熔覆技术领域，具体涉及一种钨阴极激光多层修复方法。特点是：在室温下清理、打磨钨电极“缩颈”部位，将氧化层及腐蚀层去除干净；然后使用4kW CO2激光器、数控工作台，利用HUST?IV型高精度送粉器、同轴送粉喷嘴把碳化硅SiC、钯Pd、纯钨W三种混合粉末，在氩气气氛保护下，逐行逐线熔覆在工件表面上；采用单道多层沉积方式进行激光熔覆，获得厚达6.0~10mm多层涂层；最后用探伤检测，确保熔覆层无裂纹、气孔、夹杂缺陷。该种修复具有结合性强，操作简单，抗高温氧化性及耐熔盐腐蚀性好优点。
【专利说明】
钨阴极激光多层熔覆修复方法
技术领域
[0001]本发明属于激光熔覆技术领域，具体涉及一种钨阴极激光多层修复方法。
【背景技术】
[0002]熔盐电解法生产稀土金属常采用难熔和抗腐蚀金属钨作为阴极。钨阴极一般在电解质电解温度1000?1100°C，电解电流5500?6000A，电解电压为1V的工况下工作。一根080mmX780mm钨阴极的使用寿命为6?7个月，钨阴极损耗最严重部位是熔盐液面以上中间部位，这主要与高温下电极氧化有关。
[0003]为了延长钨阴极使用寿命，通常将钨阴极调头安装，把变细的部位放在熔盐液面以下继续使用，但由于同样的原因，6?7个月后整个钨阴极仍然报废，使用寿命还是不长。
[0004]公开号CN202011912 U的中国实用新型专利，《熔盐电解用钨阴极》提出采用水冷防护，该访法是在钨阴极外包覆冷却防护圈，冷却防护圈采用水冷方式。
[0005]公开号CN202671678U的中国实用新型专利，《钨极棒保护装置》该方法是在钨阴极上部增设不锈钢保护套将保护套底端与电解液的液面平齐。
[0006]上述技术方案虽然延长了钨阴极的使用寿命，但氧化腐蚀问题仍然存在，“缩颈”部位的修复问题没有得到较好的解决。
[0007]激光多层熔覆技术作为一种功能梯度材料及修复再制造技术，近年来得到了迅速推广和广泛应用。
[0008]激光多层熔覆是指在原熔覆层上预涂覆合金粉末，或直接送粉，再重复一次或多次熔覆的工艺过程，通过多次熔覆来增加熔覆层的厚度，快速零件制造或制备梯度功能新材料。
[0009]经过
【申请人】检索查证:采用激光多层熔覆工艺完成钨阴极“缩颈”部位的修复，国内业没有见到相关报道，目前，对难容金属采用激光熔覆方法加工仍存在一些困难，科研工作者需进一步的创新性研究。
[0010]
【发明内容】
:
本发明的目的是针对现有技术难点，提供一种钨阴极激光多成熔覆修复方法，该方法使修复后的钨电极抗高温氧化和抗熔盐腐蚀性能满足工况需求，且实现激光熔覆层与基材结合强度高，在检测时无裂痕。
[0011]钨阴极激光多层熔覆修复方法，多层熔覆修复的涂层材料采用:包括:碳化硅SiC、钯Pd、纯钨W三种混合粉末，其中SiC粒度为-300?350目的高纯颗粒状粉末、钯颗粒度采用粒度为-140?300目的纯钯粉末、钨粒度为-200?300目纯钨粉；按体积分数SiC 20%_30%，Pd
0.5%-1.5%，其余为 W。
[0012]进一步:按体积分数SiC20%-25%，Pd 0.5%_1%，其余为W。
[0013]进一步:按体积分数SiC 25%,Pd 1%，其余为W。
[0014]钨阴极激光多层熔覆修复方法，包括步骤如下:
(a)在室温下，清理、打磨钨阴极“缩颈”部位，“缩颈”为待熔的表面部位，将氧化层和腐蚀层清理干净；
(b)涂层材料:碳化硅SiC、钯Pd、纯钨W三种混合粉末，其中3丨(:粒度为-300~350目的高纯颗粒状粉末、钯颗粒度采用粒度为-140?300目的纯钯粉末、钨粒度为-200?300目纯钨粉；
(c)将步骤(b)的涂层材料混合粉末用行星式高能球磨机在转速150-200r/min条件下，在玛瑙罐中球磨8-1 Oh均匀混合；
(d)使用4kWCO2激光器、数控工作台，利用HUST-1V型高精度送粉器、同轴送粉喷嘴把SiC、Pd、W三种混合粉末，在氩气气氛保护下，逐行逐线熔覆在工件表面上；
(e)检测:通过使用千分尺对熔覆前后的尺寸进行检测，熔覆厚度1mm;通过探伤检测，确保熔覆层无裂纹、气孔、杂质缺陷。
[0015]进一步:熔覆方法为:
光斑直径2.5 mm -3.0mm，
激光功率1500~2300W，
扫描速度2?3mm/s，
送粉率 4.0-5.0g/min，
载粉气流量150_200L/h， z轴单层行程0.4-0.5/mm,
共沉积15?20层。
[0016]进一步:熔覆方法为:
光斑直径3.0mm，
激光功率1500~2300W，
扫描速度2.5mm/s，
送粉率 4.5-5.0g/min，
载粉气流量170_200L/h， z轴单层行程0.45-0.5/mm,
共沉积18?20层。
[0017]进一步:熔覆方法为:
光斑直径3.0mm，
激光功率1500~2300W，
扫描速度2.5mm/s，
送粉率 4.5-5.0g/min，
载粉气流量170_200L/h， z轴单层行程0.45-0.5/mm,
共沉积18?20层。
[0018]本发明与常规的钨保护工艺比较，其特点在于采用4kWCO2激光器在钨阴极“缩颈”部位逐行逐线熔覆具有一定高温抗氧化，抗腐蚀的碳化硅SiC、钯Pd、纯钨W混合粉末，从熔覆材料体系的设计、熔覆工艺的优化及工况进行系统的实践，其有益效果在于:该涂敷层的耐腐蚀速率达到-4.8 X 10—4 g.h—1.cm—2—5.5Χ10—4 g.h—1.cm—2;在空气中，800。0850°(:氧化速率达到0.0007 g/10h~0.001 g/10h;该工艺操作方便灵活。
【具体实施方式】
[0019]实施例1:
(a)在室温下，清理、打磨钨阴极“缩颈”部位，“缩颈”为待熔的表面部位，将氧化层和腐蚀层清理干净；
(b)涂层材料:碳化硅SiC、钯Pd、纯钨W三种混合粉末，其中3丨(:粒度为-300~350目的高纯颗粒状粉末、钯颗粒度采用粒度为-140?300目的纯钯粉末、钨粒度为-200?300目纯钨粉；
(c)将体积分数SiC20%,Pd 0.5%，其余为W的混合粉末用行星式高能球磨机在转速150r/min条件下，在玛瑙罐中球磨I Oh均勾混合。
[0020](d)使用4kW CO2激光器、数控工作台，利用HUST-1V型高精度送粉器、同轴送粉喷嘴把混合粉末，在氩气气氛保护下，逐行逐线熔覆在工件表面上；
(e)检测:通过使用千分尺对熔覆前后的尺寸进行检测，熔覆厚度1mm;通过探伤检测，确保熔覆层无裂纹、气孔、杂质缺陷。
[0021]进一步:熔覆方法为:
光斑直径2.5 mm,
激光功率1700W，
扫描速度2.5mm/s，
送粉率4.0g/min，
载粉气流量180L/h， z轴单层行程0.5/mm，
共沉积20层。
[0022]该涂敷层的耐腐蚀速率达到-5.5 X 10—4 g.h—1.cm—2;在空气中，800°C氧化速率达到0.001 g/10ho
[0023]实施例2:
(a)在室温下，清理、打磨钨阴极“缩颈”部位，“缩颈”为待熔的表面部位，将氧化层和腐蚀层清理干净；
(b)涂层材料:碳化硅SiC、钯Pd、纯钨W三种混合粉末，其中3丨(:粒度为-300~350目的高纯颗粒状粉末、钯颗粒度采用粒度为-140?300目的纯钯粉末、钨粒度为-200?300目纯钨粉；
(c)将体积分数SiC25%,Pd 1.5%，其余为W的混合粉末用行星式高能球磨机在转速200r/min条件下，在玛瑙罐中球磨I Oh均勾混合。
[0024](d)使用4kW CO2激光器、数控工作台，利用HUST-1V型高精度送粉器、同轴送粉喷嘴把混合粉末，在氩气气氛保护下，逐行逐线熔覆在工件表面上；
(e)检测:通过使用千分尺对熔覆前后的尺寸进行检测，熔覆厚度6mm;通过探伤检测，确保熔覆层无裂纹、气孔、杂质缺陷。
[0025]进一步:熔覆方法为:
光斑直径3.0 mm,
激光功率2000W，
扫描速度3.0mm/s，
送粉率4.5g/min， 载粉气流量200L/h， z轴单层行程0.4/mm，
共沉积15层。
[0026]该涂敷层的耐腐蚀速率达到-5.0X 10—4 g.h—1.cm—2;在空气中，850°C氧化速率达到0.0007 g/10ho
[0027]实施例3:
(a)在室温下，清理、打磨钨阴极“缩颈”部位，“缩颈”为待熔的表面部位，将氧化层和腐蚀层清理干净；
(b)涂层材料:碳化硅SiC、钯Pd、纯钨W三种混合粉末，其中3丨(:粒度为-300~350目的高纯颗粒状粉末、钯颗粒度采用粒度为-140?300目的纯钯粉末、钨粒度为-200?300目纯钨粉；
(c)将体积分数SiC30%,Pd 1.0%，其余为W的混合粉末用行星式高能球磨机在转速170r/min条件下，在玛瑙罐中球磨1h均勾混合。
[0028](d)使用4kW CO2激光器、数控工作台，利用HUST-1V型高精度送粉器、同轴送粉喷嘴把混合粉末，在氩气气氛保护下，逐行逐线熔覆在工件表面上；
(e)检测:通过使用千分尺对熔覆前后的尺寸进行检测，熔覆厚度7.2mm;通过探伤检测，确保熔覆层无裂纹、气孔、杂质缺陷。
[0029]进一步:熔覆方法为:
光斑直径3.0 mm,
激光功率2300W，
扫描速度3.0mm/s，
送粉率5.0g/min，
载粉气流量200L/h， z轴单层行程0.4/mm，
共沉积18层。
[0030]该涂敷层的耐腐蚀速率达到-4.8X 10—4 g.h—1.cm—2;在空气中，800°C氧化速率达到0.0009 g/10ho
【主权项】
1.钨阴极激光多层熔覆修复方法，其特征在于，多层熔覆修复的涂层材料采用:包括:碳化硅SiC、钯Pd、纯钨W三种混合粉末，其中SiC粒度为-300~350目的高纯颗粒状粉末、钯颗粒度采用粒度为-140?300目的纯钯粉末、钨粒度为-200?300目纯钨粉；按体积分数SiC20%-30%,Pd 0.5%-1.5%，其余为W。2.根据权利要求1所述的钨阴极激光多层熔覆修复方法，其特征在于，按体积分数SiC20%-25%,Pd 0.5%-1%，其余为W。3.根据权利要求1所述的钨阴极激光多层熔覆修复方法，其特征在于，按体积分数SiC25%，Pd 1%，其余为 W。4.根据权利要求1、2或3所述的钨阴极激光多层熔覆修复方法，其特征在于， 包括步骤如下: (a)在室温下，清理、打磨钨阴极“缩颈”部位，“缩颈”为待熔的表面部位，将氧化层和腐蚀层清理干净； (b)涂层材料:碳化硅SiC、钯Pd、纯钨W三种混合粉末，其中SiC粒度为-300?350目的高纯颗粒状粉末、钯颗粒度采用粒度为-140?300目的纯钯粉末、钨粒度为-200?300目纯钨粉； (c)将步骤(b)的涂层材混合粉末用行星式高能球磨机在转速150-200r/min条件下，在玛瑙罐中球磨8-1 Oh均匀混合； (d)使用4kWCO2激光器、数控工作台，利用HUST-1V型高精度送粉器、同轴送粉喷嘴把SiC、Pd、W三种混合粉末，在氩气气氛保护下，逐行逐线熔覆在工件表面上； (e)检测:通过使用千分尺对熔覆前后的尺寸进行检测，熔覆厚度6.0?1mm;通过探伤检测，确保熔覆层无裂纹、气孔、杂质缺陷。5.根据权利要求4所述的钨阴极激光多层熔覆修复方法，其特征在于，熔覆方法为: 光斑直径2.5 mm ~3.0mm, 激光功率1500~2300W， 扫描速度2?3mm/s， 送粉率 4.0-5.0g/min， 载粉气流量150_200L/h， z轴单层行程0.4-0.5/mm, 共沉积15?20层。6.根据权利要求5所述的钨阴极激光多层熔覆修复方法，其特征在于，熔覆方法为: 光斑直径3.0mm， 激光功率1500~2300W， 扫描速度2.5mm/s， 送粉率 4.5-5.0g/min， 载粉气流量170_200L/h， z轴单层行程0.45-0.5/mm, 共沉积18?20层。7.根据权利要求5所述的钨阴极激光多层熔覆修复方法，其特征在于，熔覆方法为: 光斑直径3.0mm， 激光功率1500~2300W，扫描速度2.5mm/s，送粉率 4.5-5.0g/min，载粉气流量170_200L/h，z轴单层行程0.45-0.5/mm,共沉积18?20层。
【文档编号】C23C24/10GK105986266SQ201510986950
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年12月26日
【发明人】雷忠, 雷强, 杨胜岭, 李佩璋, 李建林, 高平, 兰兰, 吕建军, 杨春霞, 邸建辉, 张鸣, 张鸣一, 田迎春, 吕鑫, 李刚, 陈二喜, 王凡
【申请人】包头市三隆稀有金属材料有限责任公司