本发明涉及一种冶金设备部件钢铜复合制造高强度耐磨层，着重关注用于激光制造轧机压下螺母的钢铜复合耐磨材料，属于激光熔覆技术领域。
背景技术：
轧机的压下装置是轧机重要结构之一，用于调整辊缝，也称辊缝调整装置。压下装置按传动方式分为手动压下、电动压下和液压压下三种。其中电动压下装置适用于板坯轧机、中厚板坯轧机等要求辊缝调整范围大、压下速度快的情况，主要由压下螺丝、螺母及其传动机构组成。
在中厚板轧机和热轧带钢轧线的粗轧机压下装置中，压下螺母和压下丝杆是非常重要的部件，在轧制的过程中，辊缝的每一次调整都是由压下螺母和压下丝杆完成。此外，巨大的压制力也是通过它们传递到机架上。
轧机压下装置工作频繁，工况恶劣，核心部件压下螺母采用高强度铸造铜螺母，价格昂贵且拆除更换困难，大部分的力最终由铜螺母承担，铜螺母正常情况下主要的失效形式是磨损失效，磨损后间隙过大，压下螺母的失效不但对螺母本身的寿命有直接影响，甚至还会降低压下机构的工作效率，增大能耗，加剧轧机的冲击震动，降低轧机的可靠性。
钢铜复合制造的压下螺母，具有成本低，强度高，耐磨性好、使用精度高等优点，具有广泛的市场发展前景。
近年来，激光熔覆作为一种新兴的产业技术，得到了迅速的推广和广泛应用。激光熔覆技术属于是一种表面改性技术，在不影响基材材质的条件下通过高能激光束使熔覆层与基体实现冶金结合。与常规铸造压下螺母相比，具有不受常规铸造工艺限制，不受金属材料种类限制，无严重偏析且组织更加细小，优于目前铸造态组织等诸多优点。
轧机压下螺母工况条件复杂，对熔覆层的性能有很高的要求，需要良好的耐磨性的同时还需要具备高强度、高韧性；此外还需要要克服高温、重载、高冲击及润滑差等恶劣的工况条件。目前，市场上不具有可直接用于进行激光熔覆制造轧机压下螺母的合金粉末材料，单独的粉末无法达到预期效果，需要在现有的粉末中添加其他合金，使粉末变成多元合金粉末，从而提高硬度和耐磨性。
技术实现要素：
本发明的目的在于解决上述存在的问题，通过反复试验，研发出一种满足轧机压下螺母工况需求的高强度耐磨合金材料，该高强度耐磨合金材料能够通过激光熔覆技术在钢材质基材上制造一种与基材冶金结合的高强度铜合金熔覆层，满足轧机压下螺母的使用需求。
本发明给出的技术方案是。
一种用于激光制造轧机压下螺母的钢铜复合耐磨材料，由以下质量百分数组分组成：zn10-47%、al2-9%、mn2-5%、fe1-5%、ni1-5%、cu余量。
该合金粉末的特点在于以黄铜为基，同时加入al、mn、fe、ni元素。其中，al元素的添加能够显著缩小α相区，提高合金强度与硬度，提高耐蚀性，al含量增加时，虽然会提高合金的强度和硬度，但会当al含量超过9%时会降低材料塑形性能；mn元素不但能缩小α相区的元素，还对黄铜有固溶强化作用，其含量的增加能大大提高黄铜对海水、氯化物和过热蒸汽的抗腐蚀性能，但是mn元素的加入量需控制在2-5%，否则会对后续机加带来轻微影响；ni元素是使α相区扩大的元素，向黄铜中添加镍，能提高黄铜的强度、韧性与抗应力腐蚀开裂的能力；单独的添加某一元素，元素添加量受限，fe元素能细化组织并且抑制再结晶晶粒长大，提高合金的力学性能，单独向黄铜中添加fe元素时，含量一般不超过1.5%，否则过多的fe元素会有富铁相偏析，降低合金的耐蚀性和表面处理性能，但是多种元素一起添加，元素之间相互作用，互相协调，调高强度、硬度以及耐蚀性的同时保证了材料的塑形，因此fe元素才能够加入至5%，与zn、al、mn、ni元素协同，既保证合金材料的组织细化又能综合调节材料的强度硬度和塑形。
一种激光熔覆制造轧机压下螺母的方法，具体包括以下步骤。
（1）基材表面清理：将基材表面的油脂、铁锈清理干净。
（2）铜基粉末烘干：将铜基合金粉末在200℃保温2h，烘干后备用。
（3）激光熔覆：采用3kw光纤激光器，在钢基材表面进行激光熔覆，其工艺参数是：功率2500~3000w，光斑直径3.6mm，扫描速度：500~1000mm/min，搭接率：40~70%，送粉速度：20~30g/min。
（4）机械加工：熔覆后进行机械加工，经检测符合要求后进行上线测试。
本发明制备出的用于轧机压下螺母激光钢铜复合耐磨材料具有较高的强度、抗腐蚀、耐磨损的性能，专门应用于轧机压下螺母。通过al、mn、fe、ni合金元素的加入，提高铜合金粉末性能，从而提高钢铜复合制造铜螺母的强度，满足轧机压下螺母在高冲击、高压下速度下的使用，提高压下螺母使用寿命。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于。
与现有的整体铸造轧机压下螺母相比，钢铜复合制造轧机压下螺母具备了以下优势。
（1）钢铜复合制造轧机压下螺母，大大降低铜合金的用量，从而显著的降低了原材料的生产成本。
（2）fe元素的加入，不但能降低成本，还能够提高合金的力学性能，并保证合金材料的塑形。
（3）激光熔覆的方法能有效的避免铸造过程存在的偏析严重、夹杂缺欠以及冒口缩松等问题。
（4）由于激光急冷急热的特点，使熔覆层的微观组织更加细小均匀，硬质相弥散分布，耐磨性增加；配合本发明的耐磨材料，使压下螺母在线使用寿命显著增加。
具体实施方式
实施例1。
用3kw光纤激光器，研发设计耐磨铜基合金粉末，对钢基压下螺母基材进行激光熔覆。钢铜复合制造耐磨材料的成分为：zn：23%，al：6%，mn：2%，fe：3%，ni：1%，余量为cu。首先清理基材表面，将基材表面的油脂、铁锈用丙酮清理干净；将多元合金铜基粉末进行烘干处理，200℃保温2h。熔覆条件具备后采用熔覆工艺参数：功率2500w，扫描速度800mm/min，搭接率40%，同步送粉21g/min进行激光熔覆。单层熔覆厚度为1.2mm，进行多层熔覆，熔覆层数为17层，熔覆后硬度为180hbw。激光熔覆制备的钢铜复合轧机压下螺母，激光熔覆质量良好，熔覆后进行机械加工，经检测符合要求后进行上线测试，经上线测试后，轧机压下螺母耐磨性增加，使用时间提高约10%，增加作业的连续性，并且钢铜复合制造的铜螺母与铸造铜螺母相比，生产成本节约20%，使用寿命延长约10%，且使用周期长，增加了钢厂的经济效益。
实施例2。
用3kw光纤激光器，研发设计耐磨铜基合金粉末，对钢基压下螺母基材进行激光熔覆。耐磨铜基合金粉末材料的成分为，zn：34%，al：2%，mn：3%，fe：2%，ni：1%，余量为cu。首先清理基材表面，将基材表面的油脂、铁锈用丙酮清理干净；将多元合金铜基粉末进行烘干处理，200℃保温2h。熔覆条件具备后采用熔覆工艺参数：功率2700w，扫描速度1000mm/min，搭接率50%，同步送粉23g/min进行激光熔覆。单层熔覆厚度为1.2mm，进行多层熔覆，熔覆层数为17层，熔覆后硬度为120hbw。激光熔覆制备的钢铜复合轧机压下螺母，激光熔覆质量良好，熔覆后进行机械加工，经检测符合要求后进行上线测试。