一種攪拌摩擦焊搭接激光熔覆復(fù)合涂層的方法
【專利說明】-種橫拌摩擦焊搭接激光膝覆復(fù)合涂層的方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及一種攬拌摩擦焊搭接激光烙覆復(fù)合涂層的方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 激光烙覆技術(shù)是指W不同的填料方式在被涂覆基體表面上放置選擇的涂層材料， 經(jīng)激光福照使之和基體表面一薄層同時烙化，并快速凝固后形成稀釋度極低、與基體材料 成冶金結(jié)合的表面涂層，從而顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特 性等的工藝方法。然而在多元復(fù)合合金如自烙性合金粉末、碳化物復(fù)合粉末、自粘結(jié)復(fù)合粉 末及氧化物陶瓷粉末等的激光烙覆過程中，烙池中各組分元素密度不一致及其它物性差別 使激光烙覆層出現(xiàn)硬質(zhì)分布不均及粗大造成烙覆層中裂紋缺陷和氣孔。
[0003] 目前按涂層材料的添加方式，激光烙覆的工藝方法主要有預(yù)置粉末法和同步送粉 法兩種。預(yù)置粉末法是將要涂覆的材料通過電鍛、化學(xué)鍛、等離子噴涂和手工粘結(jié)等方法預(yù) 置于金屬表面，然后經(jīng)激光照射烙覆；同步送粉法是將粉末直接噴在激光福射所形成的移 動烙池上，涂層一次性形成。
[0004] 激光烙覆金屬基陶瓷層的裂紋缺陷從上世紀(jì)80年代一直到現(xiàn)在研究工作從沒有 停止過。盡管也在不同程度上取得了進展，但始終未能得到有效的解決。因而限制了激光烙 覆金屬陶瓷層的實際應(yīng)用。激光烙覆在航空、航天、化工、機械、鋼鐵等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用 前景。但直至目前為止，激光烙覆層特別是激光烙覆金屬基陶瓷層仍存在一些問題，其中一 個主要問題是烙覆層內(nèi)的裂紋問題?？傊鸭y問題是激光烙覆中最棘手的問題，也是目前 制約激光烙覆走向?qū)嵱没淖畲笳系K。目前文獻上有著各式各樣的激光烙覆的工藝方法， 但是激光烙覆處理功能單一，激光烙覆是一個動態(tài)烙化過程，烙池尺寸小，不僅存在著傳熱 現(xiàn)象，而且也存在著對流、質(zhì)量傳遞等，它們直接影響烙池的宏觀形貌、偏析、組織和成分的 均勻性及其他物理冶金性能。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種攬拌摩擦焊搭接激光烙覆復(fù)合涂層的 方法。既可W獲得無孔、晶粒細(xì)小的顯微組織且可控制涂層厚度，實現(xiàn)好的械性能烙覆層， 又能實現(xiàn)大面積激光烙覆復(fù)合涂層面。
[0006] 本發(fā)明是運樣實現(xiàn)的：
[0007] -種攬拌摩擦焊搭接激光烙覆復(fù)合涂層的方法，包括如下步驟：
[000引步驟一:采用溶膠-凝膠法制備待烙覆材料，具體包括：
[0009] W娃醇鹽或娃面化物為原料，W醇或酬作為溶劑，加入酸或堿作為催化劑，通過娃 醇鹽或娃面化物的水解、縮聚過程形成溶膠，將多元復(fù)合金粉末加入溶膠中，制備成薄膜或 塊體W后經(jīng)過干燥形成凝膠，均勻混合成糊狀或膏狀，制得待烙覆材料；
[0010] 步驟二:將步驟一制備好的待烙覆材料放置于待處理材料表面形成烙覆層;所述 待處理材料，即基材，為侶合金、儀合金、鐵合金、或不誘鋼；
[0011] 步驟Ξ:采用攬拌摩擦焊技術(shù)將所述溶覆層與所述基材焊合，具體包括：
[0012] 利用銳床高速旋轉(zhuǎn)攬拌頭旋入烙覆層，穿過烙覆層抵達基材，所述攬拌頭的肩部 與烙覆層粉末表面緊密接觸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生摩擦熱，加上攬拌頭行進時產(chǎn)生擠鍛的作用，使得攬 拌過程中溫度低于烙點溫度，未達基材烙焊點，烙覆層粉末材料產(chǎn)生劇烈塑性流動現(xiàn)象將 基材W攬拌的方式焊合。
[oou] 步驟四：激光照射。
[0014] 進一步地，所述多元復(fù)合金粉末為儀基自烙合金、鉆基自烙合金、鐵基自烙合金、 碳化物復(fù)合粉末、自粘結(jié)復(fù)合粉末、氧化物陶瓷粉末中的其中兩種、或兩種W上的組合。
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)點在于:本發(fā)明W攬拌摩擦技術(shù)提升激光烙覆復(fù)合涂層的方法，能促 進金屬烙體成份和烙覆層組織均勻，同時經(jīng)攬拌后對排除金屬烙體中的氣體、夾雜物有一 定效果W及可細(xì)化晶和提高合金冶金質(zhì)量并有松弛和緩解激光烙覆層的熱應(yīng)力產(chǎn)生重要 作用;本發(fā)明實現(xiàn)烙覆層和基層、烙覆層之間的材料間的冶金結(jié)合，獲得無孔、晶粒細(xì)小的 顯微組織且可控制涂層厚度，實現(xiàn)好的械性能烙覆層;本發(fā)明能實現(xiàn)大面積激光烙覆復(fù)合 涂層面，勿須貴重設(shè)備處理，節(jié)省成本。 【【附圖說明】】
[0016] 下面參照附圖結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
[0017] 圖1是本發(fā)明中采用攬拌摩擦焊技術(shù)將溶覆層與基材焊合的結(jié)構(gòu)示意圖。 【【具體實施方式】】
[0018] -種攬拌摩擦焊搭接激光烙覆復(fù)合涂層的方法，包括如下步驟：
[0019] 步驟一:采用溶膠-凝膠法制備待烙覆材料，具體包括：
[0020] W娃醇鹽或娃面化物為原料，W醇或酬作為溶劑，加入酸或堿作為催化劑，通過娃 醇鹽或娃面化物的水解、縮聚過程形成溶膠，將多元復(fù)合金粉末加入溶膠中，制備成薄膜或 塊體W后經(jīng)過干燥形成凝膠，均勻混合成糊狀或膏狀，制得待烙覆材料；
[0021 ]步驟二:將步驟一制備好的待烙覆材料放置于待處理材料表面形成烙覆層;所述 待處理材料，即基材，為侶合金、儀合金、鐵合金、或不誘鋼；
[0022] 步驟Ξ:采用攬拌摩擦焊技術(shù)將所述溶覆層與所述基材焊合，具體包括：
[0023] 如圖1所示，利用銳床高速旋轉(zhuǎn)攬拌頭1旋入烙覆層2，穿過烙覆層2抵達基材3，所 述攬拌頭1的肩部11與烙覆層2粉末表面緊密接觸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生摩擦熱，加上攬拌頭1行進時產(chǎn) 生擠鍛的作用，使得攬拌過程中溫度低于烙點溫度，未達基材3烙焊點，烙覆層2粉末材料產(chǎn) 生劇烈塑性流動現(xiàn)象將基材3W攬拌的方式焊合。
[0024] 步驟四：激光照射。
[0025] 激光照射各參數(shù)及條件如表1所示。
[0026] 表1:
[0027]
[0028] 其中，多元復(fù)合金粉末為儀基自烙合金、鉆基自烙合金、鐵基自烙合金、碳化物復(fù) 合粉末、自粘結(jié)復(fù)合粉末、氧化物陶瓷粉末中的其中兩種、或兩種W上的組合。
[0029] 碳化物復(fù)合粉末系由碳化物硬質(zhì)相與金屬或合金作為粘結(jié)相所組成的粉末體系 分為(Co、Ni)/WC和(NiCr、NiCrAl)/Cr3C2等系列；自粘結(jié)復(fù)合粉末的類型分為自粘結(jié)碳化 鶴、自粘結(jié)不誘鋼、自粘結(jié)侶青銅、自粘結(jié)合金鋼等系列;氧化物陶瓷粉末為氧化侶和氧化 錯兩個系列.
[0030] 本發(fā)明W攬拌摩擦技術(shù)提升激光烙覆復(fù)合涂層的方法，能促進金屬烙體成份和烙 覆層組織均勻，同時經(jīng)攬拌后對排除金屬烙體中的氣體、夾雜物有一定效果W及可細(xì)化晶 和提高合金冶金質(zhì)量并有松弛和緩解激光烙覆層的熱應(yīng)力產(chǎn)生重要作用;本發(fā)明實現(xiàn)烙覆 層和基材之間的材料間的冶金結(jié)合，獲得無孔、晶粒細(xì)小的顯微組織且可控制涂層厚度，實 現(xiàn)好的械性能烙覆層;本發(fā)明能實現(xiàn)大面積激光烙覆復(fù)合涂層面，勿須貴重設(shè)備處理，節(jié)省 成本。
[0031] W上所述僅為本發(fā)明的較佳實施用例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換W及改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的 保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種攪拌摩擦焊搭接激光熔覆復(fù)合涂層的方法，其特征在于:包括如下步驟： 步驟一:采用溶膠-凝膠法制備待熔覆材料，具體包括： 以硅醇鹽或硅鹵化物為原料，以醇或酮作為溶劑，加入酸或堿作為催化劑，通過硅醇鹽 或硅鹵化物的水解、縮聚過程形成溶膠，將多元復(fù)合金粉末加入溶膠中，制備成薄膜或塊體 以后經(jīng)過干燥形成凝膠，均勻混合成糊狀或膏狀，制得待熔覆材料； 步驟二:將步驟一制備好的待熔覆材料放置于待處理材料表面形成熔覆層;所述待處 理材料，即基材，為鋁合金、鎂合金、鈦合金、或不銹鋼； 步驟三:采用攪拌摩擦焊技術(shù)將所述溶覆層與所述基材焊合，具體包括： 利用銑床高速旋轉(zhuǎn)攪拌頭旋入熔覆層，穿過熔覆層抵達基材，所述攪拌頭的肩部與熔 覆層粉末表面緊密接觸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生摩擦熱，加上攪拌頭行進時產(chǎn)生擠鍛的作用，使得攪拌過 程中溫度低于熔點溫度，未達基材熔焊點，熔覆層粉末材料產(chǎn)生劇烈塑性流動現(xiàn)象將基材 以攪拌的方式焊合。 步驟四：激光照射。2. 如權(quán)利要求1所述的一種攪拌摩擦焊搭接激光熔覆復(fù)合涂層的方法，其特征在于:所 述多元復(fù)合金粉末為鎳基自熔合金、鈷基自熔合金、鐵基自熔合金、碳化物復(fù)合粉末、自粘 結(jié)復(fù)合粉末、氧化物陶瓷粉末中的其中兩種、或兩種以上的組合。
【專利摘要】一種攪拌摩擦焊搭接激光熔覆復(fù)合涂層的方法，包括如下步驟：采用溶膠-凝膠法制備待熔覆材料，將制備好的待熔覆材料放置于待處理材料表面形成熔覆層；所述待處理材料，即基材，為鋁合金、鎂合金、鈦合金、或不銹鋼；采用攪拌摩擦焊技術(shù)將所述溶覆層與所述基材焊合，激光照射。本發(fā)明以攪拌摩擦技術(shù)提升激光熔覆復(fù)合涂層的方法，能促進金屬熔體成份和熔覆層組織均勻，同時經(jīng)攪拌后對排除金屬熔體中的氣體、夾雜物有一定效果以及可細(xì)化晶和提高合金冶金質(zhì)量并有松弛和緩解激光熔覆層的熱應(yīng)力產(chǎn)生重要作用；本發(fā)明實現(xiàn)熔覆層和基層、熔覆層之間的材料間的冶金結(jié)合，獲得無孔、晶粒細(xì)小的顯微組織且可控制涂層厚度，實現(xiàn)好的械性能熔覆層。
【IPC分類】B23K26/346
【公開號】CN105562932
【申請?zhí)枴緾N201610127512
【發(fā)明人】簡明德, 江吉彬, 黃衛(wèi)東, 許明三, 韋鐵平
【申請人】福建工程學(xué)院
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2016年3月7日