一种金属或合金基体表面微熔覆制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种金属或合金基体表面微熔覆制备方法，属于微型零件表面强化技术范畴，包括如下步骤：表面均匀粗化处理；探伤检测；扫描成像；进行整体预热保温处理；进行微熔覆处理，其中工控机实时控制复合粉末送粉器的送粉量和送粉速率值，工控机还控制激光器的移动速率以确保待熔覆的金属或者合金基体的外表面与复合粉末形成完整熔覆；对经过微熔覆处理后的金属或者合金基体完全冷却，并对其外表面进行光洁处理。其具有操作方便、性能可靠，综合成本低、成型后的产品表面光滑，能够满足使用要求、提高其使用寿命等优点。
【专利说明】
一种金属或合金基体表面微熔覆制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及微型零件表面强化技术中的激光微熔覆，尤其涉及一种金属或合金基体表面微熔覆制备方法。
【背景技术】
[0002]在材料激光加工领域，激光表面改性技术已经发展多年，并且越来越受到人们的关注和重视，尤其在汽车制造工业、航空航天工业、石油、模具等行业中应用十分广泛。围绕激光加工的特点，人们相继研究并开发出一些具有工业应用前景的激光表面改性技术。其中，激光熔覆(熔敷)技术是20世纪70年代随着大功率激光器的发展而兴起的一种新的表面改性技术，它是在激光束作用下将合金粉末或陶瓷粉末与基体表面迅速加热并熔化，光束移开后自激冷却形成稀释率极低，与基体材料呈冶金结合且晶粒细小的表面涂层，从而显著改善基体表面耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的一种表面强化方法。由于采用该技术可制备与基体形成冶金结合的特殊功能涂层，对环境无污染、还具有生产率高、成品率高以及综合成本低等特点。然而，传统的激光熔覆都是在普通合金钢基体表面进行熔覆，对需进行表面改性处理的金属的性能的提升作用十分有限，尤其是一些精密机械的三维微零件，其对零件的性能要求(例如精度、表面光洁度等)严格，这类零件的金属性能提升也存在需要改进的空间。因而，提出一种操作简单、性能稳定可靠，并且能够满足精密三维微小零件使用要求的激光熔覆制备方法具有重要的研究意义。
【发明内容】
[0003]针对现有增材制造技术中微型成形零件存在的表面性能不高的问题，本发明实际要解决的技术问题是:提供一种金属或合金基体表面微熔覆制备方法，其具有操作方便、性能可靠，综合成本低、成型后的产品表面光滑，能够满足使用要求、提高其使用寿命等优点。
[0004]为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现:
[0005]—种金属或合金基体表面微恪覆制备方法，该制备方法包括如下步骤:
[0006]I)使用丙酮清洗和无水乙醇清洗金属或合金基体表面，并冷风吹干;对清洗后的金属或者合金基体表面使用喷砂机或者抛光机对其表面进行均匀粗化处理，使得表面粗糙度Ra〈lym;
[0007]2)对上述步骤I)中经过均匀粗化后的金属或者合金基体进行整体超声波探伤和表面着色探伤确保无裂纹和疲劳层；
[0008]3)对上述步骤2)中探伤检测处理后的金属或者合金基体安装在超高精密机床上，并利用三维扫描仪对其表面微区进行扫描，并将扫描数据发送至工控机后，工控机根据扫描数据对其进行成像；
[0009]4)对上述步骤3)中的金属或者合金基体进行整体预热处理，其中预热处理包括采用加热器均匀加热基体至300-500°C，并对加热后的基体周围使用加厚保温棉作保温处理；
[0010]5)工控机根据成像结果控制复合粉末微输送送粉器和激光器对上述步骤3)中的金属或者合金基体进行微熔覆处理，其中工控机实时控制复合粉末送粉器的送粉量和送粉速率值，工控机还控制激光器的移动速率和激光束的入射方向，以确保待熔覆的金属或者合金基体的外表面与复合粉末形成完整熔覆；
[0011]6)对上述步骤5)中经过微熔覆处理后的金属或者合金基体完全冷却，并对其外表面进行光洁处理。
[0012]作为上述技术方案的进一步优化，在上述步骤5)中，复合粉末送粉器用于对复合粉末进行送粉，其中复合粉末的成分为镍-铁-碳-钴-铬-硼-硅纳米粉末，其中上述镍、铁、碳、钴、铬、硼、硅的质量百分比为:30:25:10:20:18:4:5。
[0013]作为上述技术方案的进一步优化，上述步骤5)中的激光器采用ND:YAG激光器或者光纤激光器。
[0014]作为上述技术方案的进一步优化，所述ND:YAG激光器或者光纤激光器的参数区间范围为:聚焦镜焦距f为200-250mm，熔覆功率为1-4.2KW;扫描速度为20-80mm/min，光斑直径为0.5-lmm，振幅为:5-50ym，频率为50_400Ηζ，搭接率为50 %。
[0015]作为上述技术方案的进一步优化，所述经过微熔覆处理后的微熔覆层厚为10_50μm，微熔覆层的金属或者合金晶粒的粒度为300-500目。
[0016]作为上述技术方案的进一步优化，所述复合粉末中还添加有苯乙烯、尼龙、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮中任一种材料。
[0017]作为上述技术方案的进一步优化，所述金属包括钛、镍、钴、银、金、钨中任一种，合金包括高速钢、不锈钢、工具钢、钛合金、高温合金、钴铬合金、钨合金、硬质合金中任一种。
[0018]作为上述技术方案的进一步优化，所述工控机包括可编程的PLC控制器、显示器、输入设备、存储器，其中输入设备、显示器、存储其通过数据线与PLC控制器相连接，并且存储器中设置有通过所述输入设备输入的复合粉末送粉器的送分量和送粉速率阈值，PLC控制器控制复合粉末送粉器的送粉分量和送粉速率小于等于送粉量和送粉速率阈值。
[0019]作为上述技术方案的进一步优化，所述步骤5)中还包括在微熔覆处理过程中，对金属或合金基体进行振动处理，在振动条件下完成微熔覆。
[0020]与现有技术中增材制造技术相比，采用本发明的一种金属或合金基体表面微熔覆制备方法具有如下优点:
[0021 ] (I)操作方便，并且金属或者合金在熔覆后性能有效提高，尤其是机械强度、耐磨性能、耐尚温、流动性能均有效提尚。
[0022](2)通过自动化控制激光器和复合粉末送粉器的工作状态能有效确保熔覆过程的精确效果控制。
[0023](3)成型后的产品光滑度明显提升，能够适用于企业生产制备，并且通过上述制备方法，有效降低了生产制造成本，为企业减轻了经济负担。
[0024](4)通过在熔覆过程中进行振动处理，能够改善最终产品的表面质量，提高其使用寿命O
【附图说明】
[0025]附图1为一种金属或合金基体表面微熔覆制备方法的制作流程示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图1对本发明一种金属或合金基体表面微熔覆制备方法作具体说明。
[0027]—种金属或合金基体表面微熔覆制备方法，该制备方法包括如下步骤:
[0028]I)使用丙酮清洗和无水乙醇清洗金属或合金基体表面，并冷风吹干;对清洗后的金属或者合金基体表面使用喷砂机或者抛光机对其表面进行均匀粗化处理，使得表面粗糙度Ra小于Ιμπι;
[0029]2)对上述步骤I)中经过均匀粗化后的金属或者合金基体进行整体超声波探伤和表面着色探伤确保无裂纹和疲劳层；
[0030]3)对上述步骤2)中探伤检测处理后的金属或者合金基体安装在超高精密机床上，并利用三维扫描仪对其表面微区进行扫描，并将扫描数据发送至工控机后，工控机根据扫描数据对其进行成像；
[0031]4)对上述步骤3)中的金属或者合金基体进行整体预热处理，其中预热处理包括采用加热器均匀加热基体至300-500°C，并对加热后的基体周围使用加厚保温棉作保温处理；
[0032]5)工控机根据成像结果控制复合粉末微输送送粉器和激光器对上述步骤3)中的金属或者合金基体进行微熔覆处理，其中工控机实时控制复合粉末送粉器的送粉量和送粉速率值，工控机还控制激光器的移动速率和激光束的入射方向，以确保待熔覆的金属或者合金基体的外表面与复合粉末形成完整熔覆；
[0033]6)对上述步骤5)中经过微熔覆处理后的金属或者合金基体完全冷却，并对其外表面进行光洁处理。
[0034]在上述步骤5)中，复合粉末送粉器用于对复合粉末进行送粉，其中复合粉末的成分为镍-铁-碳-钴-铬-硼-硅纳米粉末，其中上述镍、铁、碳、钴、铬、硼、硅的质量百分比为:30:25:10:20:18:4:5o上述步骤5)中的激光器采用ND: YAG激光器或者光纤激光器。所述ND:YAG激光器或者光纤激光器的参数区间范围为:聚焦镜焦距f为200-250mm，熔覆功率为Ι-Α.2KW; 扫描速度为20-80mm/min，光斑直径为0.5-lmm,振幅为:5-50ym，频率为50_400Ηζ，搭接率为50%。所述经过微熔覆处理后的微熔覆层厚为10-50μπι，微熔覆层的金属或者合金晶粒的粒度为300-500目。所述复合粉末中还添加有苯乙烯、尼龙、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮中任一种材料。所述金属包括钛、镍、钴、银、金、钨中任一种，合金包括高速钢、不锈钢、工具钢、钛合金、高温合金、钴铬合金、钨合金、硬质合金中任一种。所述工控机包括可编程的PLC控制器、显示器、输入设备、存储器，其中输入设备、显示器、存储其通过数据线与PLC控制器相连接，并且存储器中设置有通过所述输入设备输入的复合粉末送粉器的送分量和送粉速率阈值，PLC控制器控制复合粉末送粉器的送粉分量和送粉速率小于等于送粉量和送粉速率阈值。
[0035]作为上述技术方案的进一步优化，所述步骤5)中还包括在微熔覆处理过程中，对金属或合金基体进行振动处理，在振动条件下完成微熔覆。上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种金属或合金基体表面微恪覆制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤: 1)使用丙酮清洗和无水乙醇清洗金属或合金基体表面，并冷风吹干;对清洗后的金属或者合金基体表面使用喷砂机或者抛光机对其表面进行均匀粗化处理，使得表面粗糙度Ra小于lym; 2)对上述步骤I)中经过均匀粗化后的金属或者合金基体进行整体超声波探伤和表面着色探伤确保无裂纹和疲劳层； 3)对上述步骤2)中探伤检测处理后的金属或者合金基体安装在超高精密机床上，并利用三维扫描仪对其表面微区进行扫描，并将扫描数据发送至工控机后，工控机根据扫描数据对其进行成像； 4)对上述步骤3)中的金属或者合金基体进行整体预热处理，其中预热处理包括采用加热器均匀加热基体至300-500°C，并对加热后的基体周围使用加厚保温棉作保温处理； 5)工控机根据成像结果控制复合粉末微输送送粉器和激光器对上述步骤3)中的金属或者合金基体进行微熔覆处理，其中工控机实时控制复合粉末送粉器的送粉量和送粉速率值，工控机还控制激光器的移动速率和激光束的入射方向，以确保待熔覆的金属或者合金基体的外表面与复合粉末形成完整熔覆； 6)对上述步骤5)中经过微熔覆处理后的金属或者合金基体完全冷却，并对其外表面进行光洁处理。2.根据权利要求1所述的一种金属或合金基体表面微熔覆制备方法，其特征在于:在上述步骤5)中，复合粉末送粉器用于对复合粉末进行送粉，其中复合粉末的成分为镍-铁-碳-钴-铬-硼-硅纳米粉末，其中上述镍、铁、碳、钴、铬、硼、硅的质量百分比为:30:25:10:20:18:4:5o3.根据权利要求1所述的一种金属或合金基体表面微熔覆制备方法，其特征在于:上述步骤5)中的激光器采用ND: YAG激光器或者光纤激光器。4.根据权利要求3所述的一种金属或合金基体表面微熔覆制备方法，其特征在于:所述ND: YAG激光器或者光纤激光器的参数区间范围为:聚焦镜焦距f为200-250mm，熔覆功率为1-4.2KW;扫描速度为20-80mm/min，光斑直径为0.5_lmm，振幅为:5-50μπι，频率为50_400Hz，搭接率为50 %。5.根据权利要求1所述的一种金属或合金基体表面微熔覆制备方法，其特征在于:所述经过微熔覆处理后的微熔覆层厚为10-50μπι，微熔覆层的金属或者合金晶粒的晶粒度为300-500目。6.根据权利要求2所述的一种金属或合金基体表面微熔覆制备方法，其特征在于:所述复合粉末中还添加有苯乙烯、尼龙、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮中任一种材料。7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种金属或合金基体表面微熔覆制备方法，其特征在于:所述金属包括钛、镍、钴、银、金、钨中任一种，合金包括高速钢、不锈钢、工具钢、钛合金、高温合金、钴络合金、妈合金、硬质合金中任一种。8.根据权利要求1-6中任一项所述的一种金属或合金基体表面微熔覆制备方法，其特征在于:所述工控机包括可编程的PLC控制器、显示器、输入设备、存储器，其中输入设备、显示器、存储其通过数据线与PLC控制器相连接，并且存储器中设置有通过所述输入设备输入的复合粉末送粉器的送分量和送粉速率阈值，PLC控制器控制复合粉末送粉器的送粉分量和送粉速率小于等于送粉量和送粉速率阈值。9.根据权利要求1-6中任一项上述的一种金属或合金基体表面微熔覆制备方法，其特征在于:所述步骤5)中还包括在微熔覆处理过程中，对金属或合金基体进行振动处理，在振动条件下完成微熔覆。
【文档编号】C22C30/00GK106048599SQ201610530580
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月7日
【发明人】顾德阳
【申请人】绵阳高新区三阳塑胶有限责任公司