重熔强化与修复，熔池快速冷却凝固并且与基体形成良好的冶金结合，同时在激光骤 热骤冷的作用下，重熔层内部的晶粒得到再次细化，加上熔合的纳米ZrO 2S子弥散强化和 固溶强化作用，大大加强了熔合层的耐高温摩擦磨损特性。
[0025] (3)合理利用外加物理场（高频脉冲电流、功率超声波、强磁场）减少熔合层内部 冶金缺陷，获得与基体金属结合牢固、耐磨损、耐腐蚀、使用寿命长的表面强化层，可满足零 件在高速、高温、大冲击载荷工况下的使用要求。
[0026] (4)把电沉积Fe-ZrO2纳米复合层技术与激光熔覆技术有机结合起来，发明了一 种物理、电化学复合加工新工艺。该工艺具有加工效率和加工质量高，应用面较宽的技术特 点。可为其它金属零件的高效、高质、高精表面强化与再制造提供技术支持。
【具体实施方式】 [0027] 实施例1
[0028] 加工要求：在45#钢件（大功率柴油发动机排气机构凸轮轴）桃形工作面制备 Fe-ZrO2纳米强化层，强化层厚度120 μ m，表面硬度达到HRC60,精密磨削加工后表面粗糙度 值达到RaO. 8 μ m。
[0029] 加工方法步骤如下：
[0030] 1)复合电沉积
[0031] (1)按照如下配方配置镀液：二氯化铁（350g/L)、硼酸（40g/L)、抗坏血酸2g/L、 CTABO. 3g/L、纳米 ZrO2 (平均粒径 30nm，纯度 >99. 9% )，25g/L)，镀液的 pH 值=L 0,温度 T =35。。。
[0032] (2)电沉积过程中采用的阳极为电解镍板（纯度>99. 9 % )，阴极为工件，阳极与阴 极面积比为1. 5 :1，两极间距30mm。
[0033] (3)零件经过常规除油、除锈、机械抛光、活化处理后放置于带有水浴加热、超声波 发生器、强磁场发生器的镀槽内，电沉积电源采用高频脉冲电源。工艺条件为：超声功率为 300W、频率为28KHz，外加平行磁场强度2T，矩形脉冲电流密度14/dm 2、频率1000Hz、脉宽 10ms、脉冲占空比20%，电沉积时间70min，Fe-ZrO2纳米复合层平均厚度达到150 μπι。
[0034] 2)激光重熔过程
[0035] 采用JHM-1GXY-700B型Nd/YAG固体脉冲激光加工器进行单道激光重熔，激光波长 1064nm，最大输出功率700W。纯度大于99. 9%的氩气作为保护气，气流速度5L/min。激光重 熔过程中，采用负离焦进行激光重熔，离焦量为2mm，电流为150A，脉宽为8ms，频率为15Hz， 扫描速率250mm/min。辅助施加的功率超声波、强磁场及高频脉冲电流参数同电沉积过程。 重熔后的Fe-ZrO 2纳米复合层表面硬度达到HRC63,表面粗糙度值Ra25 μπι。
[0036] 3)精密磨削加工
[0037] 在精密曲轴磨床上对激光重熔强化层进行磨削加工，去除单边加工余量30 μπι 后，强化层厚度120 μ m，表面粗糙度值达到RaO. 8 μ m，表面硬度达到HRC60,符合加工要求。
[0038] 实施例2
[0039] 加工要求：对45#钢件（船用舵叉）磨损超差的工作面进行修复与强化，Fe-ZrO2 纳米复合层厚度180 μ m，表面硬度达到HRC58,电解磨削加工后表面粗糙度值RaL 6 μ m。
[0040] 加工方法步骤如下：
[0041] 1)复合电沉积
[0042] (1)按照如下配方配置镀液：二氯化铁（350g/L)、硼酸（40g/L)、抗坏血酸2g/L、 CTABO. 3g/L、纳米 ZrO2 (平均粒径 30nm，纯度 >99. 9% )，35g/L)，镀液的 pH 值=L 0,温度 T =35。。。
[0043] (2)电沉积过程中采用的阳极为电解镍板（纯度>99. 9 % )，阴极为工件，阳极与阴 极面积比为1. 5 :1，两极间距30mm。
[0044] (3)零件经过常规除油、除锈、机械抛光、活化处理后放置于带有水浴加热、超声波 发生器、强磁场发生器的镀槽内，电沉积电源采用高频脉冲电源。工艺条件为：超声功率为 300W、频率为28KHz，外加平行磁场强度2T，矩形脉冲电流密度10/dm 2、频率1000Hz、脉宽 6ms、脉冲占空比20%，电沉积时间90min，Fe-ZrO2纳米复合层平均厚度达到200 μπι。
[0045] 2)激光重熔过程
[0046] 采用JHM-1GXY-700B型Nd/YAG固体脉冲激光加工器进行单道激光重熔，激光波长 1064nm，最大输出功率700W。纯度大于99. 9%的氩气作为保护气，气流速度5L/min。激光重 熔过程中，采用负离焦进行激光重熔，离焦量为2mm，电流为150A，脉宽为8ms，频率为15Hz， 扫描速率250mm/min。辅助施加的功率超声波、强磁场及高频脉冲电流参数同电沉积过程。 重熔后的Fe-ZrO 2纳米复合层表面硬度达到HRC60,表面粗糙度值Ral2. 5 μ m。
[0047] 3)电解磨削加工
[0048] 在电解磨削机床上对激光重熔强化层进行电解磨削加工，去除单边加工余量 20 μ m后，表面硬度达到HRC58,表面粗糙度值RaL 6 μ m。符合加工要求。
【主权项】
1. 45#钢表面Fe-Zr02纳米复合层电沉积一激光重熔强化工艺，其特征在于，工艺步骤 如下： (1) 配置镀液：镀液为二氯化铁、硼酸、抗坏血酸、CTAB的水溶液，各组分质量百分比如 下：其中，镀液的pH值=1. 0,温度T= 35°C;纳米Zr02的平均粒径为30nm，纯度>99. 9%， 将用去离子水配置好的镀液，放在35°C水浴加热的超声清洗槽，加机械搅拌，搅拌速率为 200r/min，分散 30min; (2) 制备电极： 电沉积过程中采用的阳极为高纯度铁板，其纯度>99. 9%，阴极采用45#钢，阳极与阴 极面积比为1. 5 :1，两极间距30mm平行放置； (3) 复合电沉积： 45#钢试件经过常规除油、除锈、机械抛光、活化处理后放置于带有水浴加热、超声波 发生器、强磁场发生器的镀槽内，电沉积电源采用高频脉冲电源。工艺条件为：超声功率为 300W、频率为28KHz，外加平行磁场强度2T，矩形脉冲电流密度8~16/dm2、频率1000Hz、脉 宽6~10ms、脉冲占空比20%，电沉积时间60~90min; (4) 激光重熔过程： 采用固体脉冲激光加工器进行单道激光重熔，激光波长l〇64nm，最大输出功率700W， 纯度大于99. 9%的氩气作为保护气，气流速度5L/min，激光重熔过程中，采用负离焦进行 激光重熔，离焦量为2mm，电流为150A，脉宽为8ms，频率为15Hz，扫描速率250mm/min，辅助 施加的功率超声波、强磁场及高频脉冲电流参数同电沉积过程。
【专利摘要】本发明涉及45#钢表面Fe-ZrO2纳米复合层电沉积—激光重熔强化工艺，其步骤为：(1)配置镀液；镀液组分为二氯化铁、硼酸、抗坏血酸、CTAB的水溶液等。(2)制备电极；阳极与阴极面积比为1.5：1，两极间距30mm平行放置。(3)复合电沉积；电源采用高频脉冲电源。(4)、激光重熔；采用固体脉冲激光加工器进行单道激光重熔，辅助施加的功率超声波、强磁场及高频脉冲电流参数同电沉积过程。本发明把电沉积Fe-ZrO2纳米复合层技术与激光熔覆技术有机结合起来，提出了一种物理、电化学复合加工新工艺。具有加工效率和质量高，应用面宽的技术特点。可为其它金属零件的高效、高质、高精表面强化与再制造提供技术支持。
【IPC分类】C25D5/50, C25D5/18, C25D3/20, C25D15/00
【公开号】CN104947157
【申请号】CN201510243559
【发明人】吴蒙华, 王元刚, 贾卫平, 王邦国, 宁智
【申请人】大连大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年5月14日