专利名称：水泵部件金属表面激光强化工艺方法
技术领域：
本发明涉及水泵部件金属表面激光强化工艺方法，尤其涉及于水泵叶轮、口环、转子、轴、泵体等在水介质中工作的组件的表面抗腐蚀、气蚀和磨损的强化工艺。
背景技术：
水泵叶轮、口环等组件是工业水泵中重要的零部件，水泵组件的材质一般为不锈钢，有奥氏体不锈钢、双相不锈钢、马氏体不锈钢等。如牌号316不锈钢、0Cr17Ni12Mo2、00Cr25Ni7Mo3N、2Cr13等铸态硬度应为HV180-300的不锈钢。水泵组件磨损直接影响到设备的正常运转。如秦山第三核电有限公司海水泵在使用六个月后，发现叶轮在过流面部分出现较严重的孔洞、梨沟，有的甚至即将穿孔。究其失效原因是气蚀、磨损、海水腐蚀联合作用的结果。
为提高水泵叶片及其组件的抗水蚀，抗磨损能力，目前叶片主要采用表面喷涂强化处理、表面胶粘涂层等，表面喷涂又有火焰喷涂、离子喷涂、音速喷涂等，该方法的主要特征是将不熔化或部分熔化的金属粉末喷涂在工件表层，在表面产生强化喷涂层，金属粉末以Ni基WC为主，有的也采用过渡层的办法减小应力和硬度梯度过大的现象，这些方法生产的水泵叶轮组件工艺较简单且喷涂层与基体难于达到冶金结合，整体易变形，使用过程中容易产生脱落、开裂等问题。
发明内容
为克服上述技术缺陷，本发明的主要目的是提供一种对水泵部件金属表面激光强化工艺方法，它采用激光覆层合金化表面改性技术，利用激光快速加热、熔池快速凝固的特点，能够在材料表面形成性能优异的合金化覆层，从而提高水泵叶轮、口环、转子、轴等金属零件的使用寿命。解决了目前喷吐方法产生的剥落、变形、喷涂区域不准、裂纹等问题，提高了金属表面硬度和抗腐蚀强度。
本发明的技术方案是一种水泵部件金属表面激光强化工艺方法，其工艺步骤是先清洁水泵叶轮、口环、转子、轴等金属表面，并在金属表面涂覆由合金和粘接剂的混合体组成的涂覆层，涂覆层干燥后，根据处理面积选择一种光斑的光束进行激光处理，同时，用气体保护激光局部作用区，控制激光作用区薄层熔化。所述气体是氩气或氮气。
可选择的激光工艺参数光斑带宽为8mm×8mm光束、功率2000～3000W、速度300～700mm/min、相邻处理表面的搭接量为10％～30％。实施时应根据具体情况，根据部件大小，对以上范围的参数进行优化搭配。
根据金属零部件处理部位的型线进行数控编程，通过数控编程实现激光光束在金属零部件处理区表面的三维运动。
涂覆层的组成为合金60％～70％、粘结剂30％～40％。所述的合金成份可以是以下三种组成方式1、Cr15.0％～20.0％，B3.0％～4.5％，Si3.0％～4.5％，Fe＜5.0％，W4.0-6.0％，Ni余量。
2、Cr5.0％～10.0％，B1.0％～2.0％，C＜0.5％，WC3.0％～4.5％，Mo＜3.0％，v微量，Ni余量。
3、Cr7.0％～10.0％，B1.5％～2.5％，Si2.0％～3.5％，C＜0.4％，Ni5.0％～10％，WC10％～15％，Re微量，Co余量。
所述的一种水泵金属表面激光涂覆层厚度≥0.4mm。所述粘接剂是酚醛树脂或清漆。
添加硬质合金元素(如钨、钼等)后，由于硬质合金元素的弥散强化作用，使合金层的硬度大大提高，进而提高了泵抵抗磨粒磨损的能力。Si、B是作为抗气蚀元素加入的，从金相组织上看，应为Ni-Fe-Cr固溶体和硼化镍、硼化铬及各种碳化物，随着Cr、C、B、Si含量的增加，不仅对基体的固溶强化逐步加强，而且硬质点的数量也随之增加，使材料的抗滑移能力得到加强，当在气蚀面上存在大量均匀、弥散分布的化合物时，可以起到骨架作用，阻止气蚀进一步向基体内部侵蚀。
本发明解决了喷吐处理水泵部件后，在使用时的剥落、形变及硬度梯度过渡过大的问题，同时，激光光束定位精确，通过数控编程可以实现工件的自动加工生产。
具体实施例方式
本发明实施例为RSW海水泵叶轮，其材质为316不锈钢，实施步骤说明如下1、根据对水泵叶轮处理区域要求，按照水泵叶轮型线进行数控编程保证激光束在搭接时与处理部位等距离、等方向，作用时间均匀一致。
2、清洗处理部位用丙酮、松香水等去油污、除锈、除氧化皮。
3、在需处理区金属表面，涂覆由合金和粘接剂的混合体组成的涂覆层，涂覆层的组成为合金60％～70％、粘结剂30％～40％。其中合金的成份组成Cr15.0％～20.0％，B3.0％～4.5％，Si3.0％～4.5％，Fe＜5.0％，W4.0～6.0％，Ni余量。
4、激光处理根据处理面积选择矩形光斑的光束进行激光处理，同时，用气体保护激光局部作用区，控制激光作用区熔化速度，以控制合金层深度。
激光工艺参数本工艺使用光斑带宽为8mm×8mm光束，功率2500W，速度400mm/min，相邻处理表面的搭接量为20％，Ar2气体保护。
作用结果是在表层形成合金覆层，次表层形成合金化层(合金元素渗入基体)。
5、清理处理表面。
6、平衡校验。
对转速较大的需要进行动平衡试验，否则只需做静平衡试验。
通过以上方法处理的工件，充分利用了激光处理的特点，功率密度高，加热速度极快，使金属基体、粉末材料瞬时熔化，元素来不及氧化烧损；随后激光束快速移动使金属自激冷，覆层与基体完全冶金结合，并使应力和硬度过渡均匀，处理区晶粒高度细化。
水泵叶轮可达到以下具体技术指标硬化层平均硬度可达到HV450-700，由外至内呈梯度下降；硬化层深度≥0.4mm；硬化带宽度根据不同型号的技术要求可调可控。
权利要求
1.水泵部件金属表面激光强化工艺方法，其特征在于其工艺步骤如下先清洁水泵部件金属表面，并在金属表面涂覆由合金和粘接剂的混合体组成的涂覆层，涂覆层干燥后，根据处理面积选择一种光斑的光束进行激光处理，同时，用隋性气体保护激光局部作用区，控制激光作用区薄层熔化。
2.根据权利要求1所述的水泵部件金属表面激光强化工艺方法，其特征在于所述合金成份为Cr15.0～20.0％，B3.0～4.5％，Si3.0～4.5％，Fe＜5.0％，W4.0～6.0％，Ni余量。
3.根据权利要求1所述的水泵部件金属表面激光强化工艺方法，其特征在于所述合金成份为Cr5.0％～10.0％，B1.0％～2.0％，C＜0.5％，WC3.0％～4.5％，Mo＜3.0％，V微量，Ni余量。
4.根据权利要求1所述的水泵部件金属表面激光强化工艺方法，其特征在于所述合金成份为Cr7.0％～10.0％，B1.5％～2.5％，Si2.0％～3.5％，C＜0.4％，Ni5.0％～10％，WC10％～15％，Re微量，Co余量。
5.根据权利要求1所述的水泵部件金属表面激光强化工艺方法，其特征在于所述激光处理的工艺参数如下光斑带宽为8mm×8mm光束、功率2000～3000W、速度300～700m m/min、相邻处理表面的搭接量为10～30％。
6.根据权利要求1所述的水泵部件金属表面激光强化工艺方法，其特征在于所述涂覆层的厚度≥0.4mm。
7.根据权利要求1所述的水泵部件金属表面激光强化工艺方法，其特征在于所述粘接剂是酚醛树脂或清漆。
8.根据权利要求1所述的水泵部件金属表面激光强化工艺方法，其特征在于所述气体是氩气或氮气。
9.根据权利要求1所述的水泵部件金属表面激光强化工艺方法，其特征在于所述的水泵部件是水泵叶轮、口环、转子、定子、轴等。
全文摘要
水泵部件金属表面激光强化工艺方法，尤其适用于水泵叶轮、口环等在水介质中工作的组件的表面抗腐蚀磨损强化，通过在金属需处理区表面涂覆合金材料后，根据处理面积选择一定光斑的光束进行激光扫描处理，硬化层平均硬度可达到HV450～700，由外至内呈梯度下降；硬化层厚度≥0.4mm；硬化带宽度根据不同的技术要求可调可控，无处理裂纹、变形。解决了喷吐工艺产生的脱落、形变等问题，提高了不锈钢等金属表面硬度、抗腐蚀、抗磨损以及抗气蚀性能。
文档编号C21D1/09GK1670226SQ20041000622
公开日2005年9月21日 申请日期2004年3月17日 优先权日2004年3月17日
发明者姚建华, 楼程华, 孙东跃 申请人:浙江工业大学