专利名称：一种制备输送辊道表面抗热耐磨合金涂层的方法
技术领域：
本发明涉及一种输送辊道的抗热耐磨方法，特别是涉及一种激光熔覆制备输送辊道表面抗热耐磨合金涂层的方法，属于激光熔覆技术领域。
背景技术：
输送辊道是鞍钢大型厂钢轨扎线的重要组成部件，其使用性能直接影响扎线的作业率、生产成本和钢轨的质量。由于输送辊道表面连续不断地与的高温铸坯棱角接触，不仅承受着瞬时高温和水冷产生的交变热应力反复作用，而且在棱角处会形成一定的应力集中，加上电机停转、冷却不良等异常情况的影响，极易在棍面上形成“V”型的沟槽。当沟槽的深度过深就会严重影响钢轨的表面成型质量，整个扎线就必须被迫停产，对辊道进行抢修在线堆焊。堆焊存在晶粒组织粗大，组织致密性差，稀释率大，缺陷多等缺点，而且堆焊搭接区域存在致密性差、不耐磨而出现优先磨损沟槽等问题使得堆焊后辊道的使用寿命不及原辊的一半，而其连续堆焊三次以后辊道就会因变形裂纹等原因报废。一根辊道从上线到报废其整体使用寿命不到45天，整个辊道输送线有辊道300多根，消耗量非常大而严重制约整条扎线的生产效率。辊道的磨损主要发生在沟槽部分，滚面其余部分磨损量很小，而且就整个输送辊道来看，沟槽的分布有一定的规律性。对输送辊道强化工艺必须从两方面着手:一是寻找抗热耐磨性能好的合金材料，二是针对沟槽的规律分布，确定磨损范围减小强化区域控制成本。因此，选择适当的制备输送辊道表面抗热耐磨合金涂层的工艺，使输送辊道表面抗热耐磨合金涂层与基体结合强度高、耐磨抗蚀性能好、合金涂层的厚度均匀，是当前亟待解决的课题。 激光熔覆技术作为一种先进的再制造技术，近年来得到了迅速推广和广泛应用。目前，关于利用激光熔覆工艺制备设备部件耐磨抗蚀合金涂层的专利很多:例如。公开号为CN1202534的中国发明专利申请给出的《金属表面等离子喷涂后激光熔覆制备陶瓷涂层的方法》，该方法是先在金属表面用等离子喷涂方法制备陶瓷涂层，然后在激光照射的同时，将陶瓷粉末喷向涂层表面，对陶瓷涂层进行二次熔覆处理。公开号为CN1786272的中国发明专利申请给出的《激光熔覆镍基纳米WC/Co预涂层的制备方法》，该制备方法包括下列步骤:①按每克重的虫胶与10 20克重的无水乙醇称量虫胶和无水乙醇，然后将所述的虫胶加入无水乙醇中制成粘结剂；②根据需要按每克镍基纳米WC/Co粉末与0.1毫升 0.25毫升的粘结剂的比例，称量镍基纳米WC/Co粉末和所述的粘结剂并混合，充分搅拌均勻制成预涂胶;③将上述预涂胶均匀地涂在待激光熔覆处理的工件表面，制成预涂层烘干。采用自制的粘结剂制备镍基纳米WC/Co预涂层，然后再采用激光熔覆工艺，制备出了表面较平整，较细密、基本消除了裂纹与孔隙并与基体呈冶金结合的镍基纳米WC/Co复合涂层。
公开号为 CN101338425的中国发明专利申请给出的《铁路道岔滑床板表面耐磨抗蚀合金涂层激光熔覆工艺》，包括以下工艺过程:首先滑床板表面预处理，即在室温下对滑床板表面进行除油除锈，并用酒精清洗干净；然后是合金粉末的预置，即把待熔覆的铁基、镍基或钴基合金粉末预置于上述处理后的滑床板表面，并用带有导轨的刮尺来调整预制合金粉末，使之均匀分布在滑床板表面并具有适当的厚度，以满足熔覆后涂层厚度的要求；最后是光熔覆强化滑床板，选用气体CO2激光器，工作台为数控机床，在滑床板表面进行激光熔覆强化。现有技术给出的上述技术方案虽能利用激光熔覆工艺对部分设备部件进行防腐耐磨涂层处理，并通过配制适当的熔覆材料克服了激光熔层存在的裂纹、气孔和微观结构不均匀性的问题，取得一定的技术效果。但对其他特定的设备部件，例如像输送辊道这样的特殊结构，现有的激光熔覆工艺已明显不能适应。经本申请人检索查证:采用激光熔覆工艺完成输送辊道表面抗热耐磨合金涂层，国内尚无先例，国外也没有见到相关报道。因此，寻找出适当的采用激光熔覆完成输送辊道表面抗热耐磨合金涂层的工艺方法，仍需所属领域的技术人员利用公知的激光熔覆技术，针对特定的输送辊道表面抗热耐磨合金涂层制备课题进一步作出创造性的研究工作，以便能给出令人满意的激光熔覆制造输送辊道表面抗热耐磨合金涂层的方法。
发明内容
本发明的目的就在于解决现有技术存在的上述问题，提供一种制备输送辊道表面抗热耐磨合金涂层的方法。该工艺采用具有良好的抗热性和耐磨性的合金粉末作为激光熔覆合金材料，采取激光熔覆方法将具有抗热耐磨性能的合金粉末均匀地熔覆在输送辊道表面，形成均匀致密的冶金结合涂层，熔覆层与基体形成牢固的冶金结合，不产生剥落。本发明给出的技术方案是:这种制备输送辊道表面抗热耐磨合金涂层的方法，其特点是包括以下过程。( I)输送棍道表面预处理。室温下对连铸辊表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净。并用着色探伤法对其进行检验，要求表面无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。(2)合金粉末的选择和自动送粉装置的调节。选用球状碳化鹤颗粒为耐磨相，以N1-25为粘接相,球状碳化鹤不仅硬度高耐磨性能好而又因其球状的外形耐热裂性能也很出众，N1-25不仅硬度适中韧性好而且抗热性能很出众是一种很理想的粘接相用粉。二者质量配比为碳化钨占20 30%，N1-25占70 80%。调节自动送粉装置，使自动送粉头出来的合金粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量，使合金粉末涂层的厚度达到0.8-2mm。(3)光束调节。选用抛物聚焦镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为圆形， 光斑尺寸:￠2.5_4mm。(4 )抗热耐磨涂层激光熔覆。选用DL — HL — T5000型CO2激光器，工作台为SMENS数控激光加工机。采用同步送粉装置将合金粉末自动送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自动送粉头沿转轮轴向进给，转轮按设定转速旋转，在连铸辊表面形成均匀致密的激光熔覆层。熔覆工艺参数如下。激光功率P = 3000 4000W。聚焦矩形光斑尺寸:2.5_4mm圆形光斑。扫描速度500-3500mm/min。搭接率40 60%。涂层厚度:0.8-2mm。(5)熔覆后探伤检验。用着色探伤法对辊道表面加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔等缺陷。本发明的原理是:采用具有优良的抗热耐磨性能、与连辊道基体具有良好冶金与力学相容的合金粉末，在高功率激光束辐照工件表面的同时，采用自动送粉装置同步向激光熔池送入合金粉末，合金粉末在熔池内发生快速熔化和凝固，形成均匀致密的抗热耐磨熔覆层，熔覆层与基体形成牢固的冶金结合。熔覆层厚度在0.8-2_，且均匀分布。与现有技术相比，本发明的有益效果是。1、激光熔覆合金涂层均匀、致密，与基体形成牢固的冶金结合，涂层具有优良的抗热耐磨性能，采用本发明技术制造的连铸辊显著提高了抗热耐磨性能和使用寿命。2、本发明可用于输送辊道制造和修复再制造。
具体实施例方式实施例1。( I)输送棍道表面预处理。室温下对输送辊道表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净。用着色探伤法对连铸辊加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。(2)合金粉末的选择和自动送粉装置的调节。选用球状碳化鹤颗粒为耐磨相，以N1-25为粘接相,球状碳化鹤不仅硬度高耐磨性能好而又因其球状的外形耐热裂性能也很出众，N1-25不仅硬度适中韧性好而且抗热性能很出众是一种很理想的粘接相用粉。二者质量配比为碳化钨占20%，N1-25占80%。
调节自动送粉头使粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量使涂层厚度达到0.8mm。(3)光束调节。选用f=300mm抛物聚焦镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为圆形，光斑尺寸:3mm。( 4 )抗热耐磨涂层激光熔覆。开启DL — HL — T5000型CO2激光器，工作台为SMENS数控激光加工机。采用同步送粉装置将合金粉末自动送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自动送粉头沿辊道向进给，连铸辊按设定转速 旋转，在连铸辊表面形成均匀致密的激光熔覆层。熔覆工艺参数如下。激光功率P = 4000W。聚焦圆形光斑尺寸:4>3mm。扫描速度V = 2500mm/min。
搭接率50%。(5)熔覆后探伤检验。用着色探伤法对输送辊道加工部位进行检验，加工部位无裂纹、气孔等缺陷。实施例2。(I)输送棍道表面预处理。室温下对连铸辊表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净。用着色探伤法对输送辊道加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。(2)合金粉末的选择和自动送粉装置的调节。选用球状碳化鹤颗粒为耐磨相，以N1-25为粘接相,球状碳化鹤不仅硬度高耐磨性能好而又因其球状的外形耐热裂性能也很出众，N1-25不仅硬度适中韧性好而且抗热性能很出众是一种很理想的粘接相用粉。二者质量配比为碳化钨占30%，N1-25占70%，调节自动送粉头使粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量使涂层厚度达到2.0mm。(3)光束调节。选用f=300mm抛物聚焦镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为圆形，光斑尺寸:4mm。( 4 )抗热耐磨涂层激光熔覆。开启DL — HL — T5000型CO2激光器，工作台为SMENS数控激光加工机。采用同步送粉装置将合金粉末自动送入 激光熔池，高功率聚焦激光束和自动送粉头沿输送辊道轴向进给，连铸辊按设定转速旋转，在连铸辊表面形成均匀致密的激光熔覆层。熔覆工艺参数如下。激光功率P = 4000W。聚焦矩形光斑尺寸:小4mm。扫描速度V = 1500mm/min。搭接率45%。(5 )熔覆后探伤检验。用着色探伤法对输送辊道加工部位进行检验，加工部位无裂纹、气孔等缺陷。实施例3。( I)输送棍道表面预处理。室温下对连铸辊表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净。用着色探伤法对输送辊道加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。(2)合金粉末的选择和自动送粉装置的调节。选用球状碳化鹤颗粒为耐磨相，以N1-25为粘接相,球状碳化鹤不仅硬度高耐磨性能好而又因其球状的外形耐热裂性能也很出众，N1-25不仅硬度适中韧性好而且抗热性能很出众是一种很理想的粘接相用粉。二者质量配比为碳化钨占25%，N1-25占75%。调节自动送粉头使粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量使涂层厚度达到1.5mm。(3)光束调节。选用f=300mm抛物聚焦镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为圆形，光斑尺寸:4mm。( 4 )抗热耐磨涂层激光熔覆。
开启DL — HL — T5000型CO2激光器，工作台为SMENS数控激光加工机。采用同步送粉装置将合金粉末自动送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自动送粉头沿输送辊道轴向进给，连铸辊按设定转速旋转，在连铸辊表面形成均匀致密的激光熔覆层。熔覆工艺参数如下。激光功率P = 4000W。聚焦矩形光斑尺寸:小4mm。扫描速度V = 1500mm/min。
搭接率45%。(5)熔覆后探伤检验。用着色探伤法对输送辊道加工部位进行检验，加工部位无裂纹、气孔等缺陷。
权利要求
1.一种制备输送辊道表面抗热耐磨合金涂层的方法，其特征在于包括以下过程: (1)输送辊道表面预处理 室温下对连铸辊表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净；并用着色探伤法对其进行检验，要求表面无裂纹、气孔、夹杂等缺陷； (2)合金粉末的选择和自动送粉装置的调节 选用球状碳化鹤颗粒为耐磨相，以N1-15为粘接相，二者质量配比为碳化鹤占20 30%, N1-25 占 70 80% ； 调节自动送粉装置，使自动送粉头出来的合金粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量，使合金粉末涂层的厚度达到0.8-2mm ； (3)光束调节 选用抛物聚焦镜，并调节离焦量使聚焦激光光斑为圆形，光斑尺寸:￠2.5-4mm ； (4)抗热耐磨涂层激光熔覆 选用DL — HL — T5000型CO2激光器，工作台为SMENS数控激光加工机；采用同步送粉装置将合金粉末自动送入激光熔池，高功率聚焦激光束和自动送粉头沿转轮轴向进给，转轮按设定转速旋转，在连铸辊表面形成均匀致密的激光熔覆层； 熔覆工艺参数如下: 激光功率P = 3000 4000W 聚焦矩形光斑尺寸:0 2.5-4mm圆形光斑 扫描速度 500-3500mm/min 搭接率40 60% 涂层厚度:0.8-2mm ； (5)熔覆后探伤检验 用着色探伤法对辊道表面加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔等缺陷。
全文摘要
一种制备输送辊道表面抗热耐磨合金涂层的方法，其特点是包括以下过程1.输送辊道表面预处理；2.合金粉末的选择和自动送粉装置的调节,其中选用球状碳化钨颗粒为耐磨相，以Ni-25为粘接相;3.光束调节，选用抛物聚焦镜；4.抗热耐磨涂层激光熔覆；5.熔覆后用着色探伤法对辊道表面加工部位进行检验。本发明采用具有良好的抗热性和耐磨性的合金粉末作为激光熔覆合金材料，采取激光熔覆方法将具有抗热耐磨性能的合金粉末均匀地熔覆在输送辊道表面，形成均匀致密的冶金结合涂层，熔覆层与基体形成牢固的冶金结合，不产生剥落。
文档编号C23C24/10GK103194749SQ20121000425
公开日2013年7月10日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者陶兴启, 黄旭东, 崔忠宝, 王悦宾 申请人:沈阳大陆激光成套设备有限公司