一种采用浸涂预置粉末进行激光表面处理的方法
【专利摘要】一种采用浸涂预置粉末进行激光表面处理的方法。其特征是步骤如下：①将金属基体用机械打磨除锈，丙酮擦拭除油；②将虫胶的酒精饱和溶液、粒度为+0.5~-150μm的粉末和酒精，按照质量比5~10∶20~70∶20~75混合，并搅拌均匀；③将金属基体浸泡到混合物中，并停留1~5秒，取出后自然干燥；④重复步骤③，直至金属基体表面形成需要的粉末厚度；⑤将CO2激光器功率调至2000~7000W，激光束宽度为1~10mm，激光熔覆速度为100~5000mm/min，进行激光表面扫描。本发明的方法可以方便地在基体表面形成均匀涂覆、厚度方便可控的粉末层，经激光处理得到激光强化层。
【专利说明】一种采用浸涂预置粉末进行激光表面处理的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种激光表面处理的方法，具体说是在金属基体表面采用涂敷预置粉末进行激光表面淬火、合金化和熔覆处理的方法。
【背景技术】
[0002]激光表面处理技术是以高能量密度的激光束为热源，照射基材表面达到快速熔化状态，随后重新冷却时形成新的相结构，或与新添加的材料成分(粉末或丝材)形成新的合金组织，它的特点是可以形成较薄的表面处理层(0.f 2mm)，处理层与基体结合紧密，形成冶金结合，稀释率低? 5%)，是一种先进的表面处理技术，在工程上得到广泛的应用。
[0003]激光表面处理技术常常采用粉末作为原材料，这是由于粉末种类多样，所有材料几乎都可以制成粉末被采用，其中包括金属、合金、陶瓷、金属陶瓷等，甚至是一些自然界中不存在的结构材料，所以研究如何将粉末材料加入到激光熔池就成为激光表面处理技术的关键工艺。
[0004]激光表面处理技术一般采用同轴送粉或表面预置的方法添加粉末，同轴送粉方式由于粉末利用率低、送粉头结构复杂难以长时间稳定工作等因素，一般常用在局部表面的短时间激光处理上；表面预置是通过一定工艺将粉末预先置于基体表面，随后再进行激光处理，常用的工艺有喷涂、热喷涂、电镀/化学镀、压片预置、挤压预置等方法，这些方法在使用过程中有一定的适用范围和局限性。
[0005]类似于喷漆方法，喷涂预置方法是将粉末分散于有机溶剂中，利用压缩空气喷出，干燥后形成一定厚度的粉末层，虽然实施方便，但仅局限于颗粒较小的粉末，大颗粒喷涂时容易造成粉末粒子反弹，增大浪费和环境污染，并对于较厚预置层喷涂时容易出现分层和掉皮的现象，而且喷涂过程由操作人员的经验决定，对喷涂层厚度不易实现有效控制，预置层的厚度很难控制均匀。
[0006]热喷涂预置方法是采用各种热喷涂方法(如火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂、超音速喷涂等)，将材料熔化冷却形成机械结合的覆盖层，材料的利用率低于50%，工艺成本很高，并且喷涂材料的种类受制于喷涂方法本身对材料的限制，因此使用受到一定的限制。
[0007]电镀/化学镀方法是采用电镀/化学镀将镀液中的金属/合金成分通过化学反应沉积在基体表面上，一般沉积的是金属或简单合金，成本也较高，使用过程中受到很大的限制，仅局限于薄层与打底层的预置。
[0008]CN200710135477公布了“以压片法预置粉末进行激光熔覆得到涂层的方法”，它主要采用压片模具，在压力设备上对粉末进行压制，使粉末成片状或环状压置于需进行涂层处理的基材表面上，然后置于激光加工设备中进行激光熔融，这种方法需要专门的压力设备，需要加工专用形状的模具，对于平面的形状比较方便，而对于其他形状或不规则形状的工件则适用性不广。
[0009]CN201210097330公布了“以挤压法预置粉末进行激光熔覆得到复合涂层的方法”，它用配制好的粘接剂溶液将待熔覆粉末材料均匀混合成糊状或膏状，然后以挤压方式将其预置在基体材料表面，然后进行激光熔覆，这种方法难于控制挤压层的厚度，仍需要专用的挤压设备进行，对于复杂的零件存在难以施涂的问题。
[0010]因此开发一种粉末利用率高、成本低廉、适合于较大面积、不规则形状，并且能够施涂方便、均匀成型、厚度可控的粉末预置方法和激光表面处理工艺就显得非常必要。
【发明内容】
[0011]本发明的目的在于提供一种用于激光表面处理的粉末预置、激光表面处理的方法，可以方便地在基体表面形成均匀涂覆、厚度方便可控的粉末层，经激光处理得到激光强化层。
[0012]本发明的技术方案如下:①将金属基体用机械打磨除锈,丙酮擦拭除油将虫胶的酒精饱和溶液、粒度为+0.5~-150 μ m的粉末和酒精，按照质量比5~10: 20^70: 20^75混合，并搅拌均匀将金属基体浸泡到混合物中，并停留I飞秒，取出后自然干燥；④重复步骤③，直至金属基体表面形成需要的粉末厚度；⑤将CO2激光器功率调至200(T7000W，激光束宽度为f 10mm，激光熔覆速度为10(T5000mm/min，进行激光表面扫描。
[0013]本发明所述的粉末可以是规则或不规则形状金属粉末、合金粉末、陶瓷粉末或金属与陶瓷粉末的混合物。
[0014]本发明的特点是利用液体的表面张力，浸涂过程中将带有粉末颗粒的混合物均匀分布于基体表面，通过粉末 颗粒、组分配比、浸入时间和浸入次数等即可方便地控制粉末的成型厚度，方便实用，可靠性高。
[0015]经过激光淬火、激光合金化和激光熔覆试验，该发明预置的不同厚度的粉末层应用于激光表面处理工艺，厚度均匀，实施方便，得到了没有缺陷的激光强化层。
[0016]该方法施工方便、成本低廉、粉末利用率高，适合于较大面积、不规则形状、成批工件的粉末预置。预置层与基体的结合比较紧密，经过激光表面处理后，可以形成富含预置层合金元素的强化区域，强化层没有裂纹、气孔等缺陷，与基体结合力强，形成冶金结合，在不改变基体基本性能的条件下，赋予表面特殊的性能，如耐磨、抗热裂、耐高温等特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为实施例3的激光强化层结构示意图。
[0018]图中:1.激光熔覆层2.基体。
【具体实施方式】
[0019]实施例1
分别称取5克虫胶的酒精饱和溶液，30克I μ m的SiO2粉，65克酒精，在烧杯中混合均匀，将50 X 50 X IOmm钢板试样浸入烧杯，保持I秒钟，取出平置自然干燥后，厚度为0.05mm,重复两次，粉末总厚度为0.10mm。
[0020]CO2激光器功率为3500W，激光束宽度为2.0mm,激光熔覆速度为3000mm/min，搭接
率 10% O
[0021]实施例2
分别称取7克虫胶的酒精饱和溶液，40克-10 μ m的Cr粉，53克工业酒精，在烧杯中混合均匀，将50 X 50 X IOmm钢板试样浸入烧杯，保持3秒钟，取出平置自然干燥后，厚度为
0.1mm,重复三次，粉末总厚度为0.30mm。CO2激光器功率为5000W，激光束宽度为10.0mm,激光熔覆速度为1000mm/min，搭接率20%
实施例3
分别称取10克虫胶的酒精饱和溶液，70克-150μπι的Fe35粉末，20克工业酒精，在烧杯中混合均匀，将50X50X IOmm钢板试样浸入烧杯，保持5秒钟，取出平置自然干燥后，厚度为0.2mm,重复三次，粉末总厚度为0.60mm。CO2激光器功率为5000W，激光束宽度为 5.0mm，激光熔覆速度为500mm/min，搭接率30%。
【权利要求】
1.一种采用浸涂预置粉末进行激光表面处理的方法，其特征是步骤如下:①将金属基体用机械打磨除锈，丙酮擦拭除油；②将虫胶的酒精饱和溶液、粒度为+0.5^-150 μ m的粉末和酒精，按照质量比5~10: 20-70: 20-75混合，并搅拌均匀；③将金属基体浸泡到混合物中，并停留I飞秒，取出后自然干燥；④重复步骤③，直至金属基体表面形成需要的粉末厚度；⑤将CO2激光器功率调至200(T7000W，激光束宽度为f 10mm，激光熔覆速度为100^5000mm/min,进行激光表面扫描。
2.根据权利要求1所述的激光表面处理的方法，其特征是规则或不规则形状的金属粉末、合金粉末、陶瓷粉末或金属与陶瓷粉末的混合。
【文档编号】C21D1/09GK103726047SQ201310729571
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】李福海, 陈兴驰, 佟鑫, 马文有 申请人:广州有色金属研究院