一種銅基表面復(fù)合鎳基合金的同步激光熔覆方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及激光熔覆技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種銅基表面復(fù)合鎳基合金的同步激光恪覆方法。
【背景技術(shù)】
[0002]銅及銅合金是人類歷史上使用最早的金屬材料之一，目前銅依舊是工業(yè)中非常重要的一種金屬，在冶金工業(yè)許多環(huán)節(jié)中，銅都是關(guān)鍵部件，銅由于具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性及優(yōu)良的成形性，廣泛用于電力、電工、礦山、冶金及機(jī)械制造業(yè)，但銅合金表面的硬度低、熱耐磨性能較差，大大限制了其應(yīng)用，工程應(yīng)用中常常需要進(jìn)行表面改性，以增強(qiáng)其綜合力學(xué)性能，常用的方法有電鍍和熱噴涂、滲鍍，以提高其耐磨性和耐蝕性，但由于電鍍和熱噴涂制備的涂層與基體是機(jī)械結(jié)合，而滲鍍的工藝較難控制，且工藝成本較高，故在一定程度上降低了其強(qiáng)化效果。
[0003]激光熔覆(LaserCladding)亦稱激光包覆或激光熔敷，是一種新的表面改性技術(shù)，它通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成與其為冶金結(jié)合的添料熔覆層，激光熔覆技術(shù)可制備與基體形成冶金結(jié)合的特殊功能涂層，對環(huán)境無污染，還具有生產(chǎn)率高、成品率高以及綜合成本低等特點(diǎn)，但傳統(tǒng)的激光熔覆通常都是在普通合金鋼基體表面進(jìn)行熔覆，對需進(jìn)行表面改性處理的金屬的性能的提升作用十分有限，但對于紫銅合金存在較大的熔覆難度，主要是銅對于激光的反射率較高，照射到表面的激光被反射;另一方面銅的導(dǎo)熱性好，大量的激光能量被傳導(dǎo)，熔覆時所需能量較大。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中為了降低銅表面的反射率，多是采用預(yù)置涂層的方法進(jìn)行激光熔覆，但由于銅的導(dǎo)熱性好，還未進(jìn)行熔覆加工時周圍區(qū)域涂層已經(jīng)開始融化，導(dǎo)致部分粉末及外部氣體進(jìn)入熔覆層，產(chǎn)生夾雜和氣泡等缺陷;此外，預(yù)置涂層后激光不能直接對銅基表面進(jìn)行加工，熔層深度小，兩者難以充分熔合，結(jié)合強(qiáng)度較低，導(dǎo)致使用壽命短。
[0005]在進(jìn)行銅基表面熔覆時，一方面想要得到較高的結(jié)合強(qiáng)度，另一方面又無法解決銅的反射性和導(dǎo)熱性的難點(diǎn)，導(dǎo)致銅基合金的耐磨性難以有效提高，因此，怎么樣改進(jìn)激光熔覆技術(shù)，使得激光熔覆技術(shù)在銅表面改性技術(shù)中的應(yīng)用更為普遍，具有重大意義。
[0006]中國專利申請?zhí)?201410021469.3，申請日:2014年I月17日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為:一種銅合金表面激光梯度熔覆合金粉末的方法，該申請案公開了一種銅合金表面激光梯度熔覆合金粉末的方法。使用成分為4%?6%的Al、92%?93.5%的Ni，其余為雜質(zhì)的鎳基合金粉末和成分為0.9%?1.2%的(:、26.5%?30.5%的0、0.8%?1.1%的51、3.4%?5.4%的W、1.0 %?2.0 %的Fe、1.2 %?2 %的Ni，其余為Co的鈷基合金粉末作為涂料，將上述粉料混合并用粘接劑分別將其調(diào)成膏狀物，在對需進(jìn)行處理的銅合金表面進(jìn)行預(yù)處理后，將所得的兩種膏狀物分別涂覆在銅合金基體上，使其具有銅基體-鎳基涂層-鈷基涂層-鎳基涂層-鈷基涂層的結(jié)構(gòu)，最后進(jìn)行激光熔覆。
[0007]中國專利申請?zhí)?200910273446.0，申請日:2009年12月29日，該申請案公開了銅及銅合金表面激光熔覆復(fù)合耐磨層及制備方法，，該復(fù)合耐磨層為至少兩層或兩層以上的多層激光熔覆層構(gòu)成，連接基材的涂層為第一層，也稱過渡層，是一種鎳基合金，按重量百分比計算其成分為:Cu 20.0?30.0%，Α16.0?8.0%，Si 0.3?0.6%，Zr 1.7?2.4%，余量為Ni;其余層為鈷基合金，按重量百分比計算其成分為:C 1.0?1.5%，Cr 25?30%，F(xiàn)e2—4% ,ff 10?15%，Si 0.8?1.2%，B 3?4%，Ti 8?12%，Ni 10?12%，余量為Co。
[0008]上述兩種方法均是采用預(yù)置涂層進(jìn)行熔覆，熔覆層之間的結(jié)合強(qiáng)度相對較低，使用壽命高短。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0010]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中銅材表面激光熔覆難度大的不足，提供了一種銅基表面復(fù)合鎳基合金的同步激光熔覆方法，本發(fā)明的技術(shù)方案，對銅材表面進(jìn)行覆膜處理來降低銅材的反光率，減少了能量損失，所采用的鎳基合金粉末硬度高，與銅基的結(jié)合性好，提高了使用壽命。
[0011]2.技術(shù)方案
[0012]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
[0013]本發(fā)明的一種銅基表面復(fù)合鎳基合金的同步激光恪覆方法，包括以下步驟:
[0014]步驟1、對待熔覆銅板進(jìn)行整體超聲波探傷和表面著色探傷確保無裂紋和疲勞層；
[0015]步驟2、在銅板表面進(jìn)行活化覆膜處理；
[0016]步驟3、對銅板整體預(yù)熱處理；
[0017]步驟4、采用二氧化碳橫激光束進(jìn)行熔覆，對熔池進(jìn)行惰性氣體保護(hù)，采用鎳基合金粉末熔覆送粉，激光功率選擇3.8?4.2kW，掃描速度350?420mm/min，光斑直徑為3?5mm，掃描方式為搭接掃描，搭接率為30?50%，熔覆層總厚度為0.3?0.5mm;
[0018]步驟5、熔覆后的銅板空冷至室溫。
[0019]作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，步驟2所述的活化覆膜處理包括以下工藝過程:
[0020](I)對銅板表面除油并水洗；
[0021](2)對水洗后的銅板進(jìn)行活化處理，并再次水洗去除表面雜質(zhì)；
[0022 ] (3)按比例配置覆膜處理液進(jìn)行黑膜轉(zhuǎn)化，把銅板在覆膜處理液中浸泡I?2小時，然后水洗、干燥。
[0023]作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述覆膜處理液是用銅材黑色皮膜劑A、銅材黑色皮膜劑B與水按2:1:7的質(zhì)量比例配制而成。
[0024]作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述銅材黑色皮膜劑A、銅材黑色皮膜劑B分別為邳州市威爾特金屬表面處理有限公司的銅材黑色皮膜劑C4030、銅材黑色皮膜劑C4040。
[0025]作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，步驟4中鎳基合金粉末按重量百分比各成分組成為:C 0.1 ?0.5%，Cr 20?22%，Si 2.5?4.0%，F(xiàn)e 3?5%，Mo 6.8?9.0%，Nb 3.8?4.2%，B 1.5?2.2%，余量為Ni。
[0026]作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述鎳基合金粉末的粒度為100?325目。
[0027]作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述熔覆送粉采用氬氣保護(hù)氣載專用送粉器送置粉末到激光熔池中。
[0028]本發(fā)明的鎳基合金粉末，Gr具有固溶強(qiáng)化作用，容易與C、B形成GrC、GrB硬質(zhì)相從而提高合金硬度和耐磨性;Mo固溶后使晶格發(fā)生大的畸變，顯著強(qiáng)化合金基體，提高基體的高溫強(qiáng)度和紅硬性;Nb是一種強(qiáng)碳化物形成元素，Nb與C的親和力遠(yuǎn)高于Fe與C的親和力，所以在粉末被熔覆后，Nb首先與熔液中的C化合，形成大量彌散分布的NbC小質(zhì)點(diǎn)，可以作為異質(zhì)結(jié)晶核心，提高了熔覆層與銅板的結(jié)合性，細(xì)化了組織。B可以細(xì)化組織，不僅能提升強(qiáng)度，還可以增加強(qiáng)度和韌性;適量的Si可以提高熔覆金屬的流動性，由于激光熔覆快速熔化、快速凝固的特點(diǎn)，熔覆金屬來不及分散便開始凝固，增加一定量的Si可改善熔覆金屬的分布;B和Si可以作為熔池脫氧劑，除去熔池中氧元素，提高金屬流動性增加潤濕性，能夠起到固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化作用，提高熔敷層的硬度和耐磨性。
[0029]該合金對氧化和還原環(huán)境的各種腐蝕介質(zhì)都具有非常出色的抗腐蝕能力，優(yōu)秀的抗點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕的能力，并且不會產(chǎn)生由于氯化物引起的應(yīng)力腐蝕開裂，優(yōu)秀的耐無機(jī)酸腐蝕能力，如硝酸、磷酸、硫酸、鹽酸以及硫酸和鹽酸的混合酸等，優(yōu)秀的耐各種無機(jī)酸混合溶液腐蝕的能力，良好的加工性和焊接性，無焊后開裂敏感性。
[0030]3.有益效果
[0031]采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果:
[0032](I)本發(fā)明的一種銅基表面復(fù)合鎳基合金的同步激光熔覆方法，在銅板表面用銅材黑色皮膜劑A、銅材黑色皮膜劑B進(jìn)行活化覆膜處理，為成膜提供化學(xué)動力，從而在銅材表面形成黑色皮膜，提高銅材表面激光處理時的吸光效果，降低反射率，從而保障激光處理作業(yè)時的安全性和可操作性，可有效降低銅板表面對激光的反射，增加激光的吸收率，減少能量損失；
[0033](2)本發(fā)明的一種銅基表面復(fù)合鎳基合金的同步激光熔覆方法，所采用的鎳基合金粉末與銅板的熔覆結(jié)合性好，使用過程中不易開裂，使用壽命長;此外，熔覆后的耐磨層可提高銅板表面硬度，具有優(yōu)異的耐磨性。
【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明中激光熔覆表面的金相圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)描述。
[0036]實(shí)施例1
[0037]本實(shí)施例的一種銅基表面復(fù)合鎳基合金的同步激光恪覆方法，包括以下步驟:
[0038]步驟1、對待熔覆銅板進(jìn)行整體超聲波探傷和表面著色探傷，通過超聲波探傷確認(rèn)無內(nèi)部裂紋，經(jīng)過表面著色探傷是確保無裂紋。
[0039]步驟2、在銅板表面進(jìn)行活化覆膜處理，活化覆膜處理包括以下工藝過程:
[0040](I)對銅板表面除油并水洗；
[0041]除油是表面處理重要工序之一，因?yàn)橛臀蹠绊懲磕ば?，使涂膜的附著力降低，所以必須清洗干凈。除油采用物理除油法，可采用邳州市威爾特金屬表面處理有限公司常溫除油粉去除油污，除油效果快?br>[0042](2)對水洗后的銅板進(jìn)行活化處理，并再次水洗去除表面雜質(zhì)；
[0043]采用化學(xué)活化方法對銅表面進(jìn)行活化處理，可以采用氯化鐵與硝酸的混合溶液進(jìn)行活化處理，然后水洗并風(fēng)干或烘干?；罨幚砜梢韵~材表面狀態(tài)存在的物理或化學(xué)的不均一對成膜過程帶來的影響，以增強(qiáng)銅合金表面與熔覆層的結(jié)合強(qiáng)度，促進(jìn)結(jié)晶均勻快速地形成。
[0044](3)按比例配置覆膜處理液進(jìn)行黑膜轉(zhuǎn)化，把銅板在覆膜處理液中浸泡2小時，然后水洗、干燥。
[0045]覆膜處理液是用邳州市威爾特金屬表面處理有限公司的銅材黑色皮膜劑A、銅材黑色皮膜劑B與水按2:1:7的質(zhì)量比例配制而成，把銅板在覆膜處理液中浸泡2小時，然后水洗、干燥，覆膜處理是在銅表面形成一層黑色保護(hù)膜，是切實(shí)降低激光反射的必要措施。
[0046]銅材黑色皮膜劑A為邳州市威爾特金屬表面處理有限公司生產(chǎn)的銅材黑色皮膜劑C4030，含有Cu2+、Ni2+、Zn2+等一系列金屬鹽離子，和銅材黑色皮膜劑B配合使用，為起到催化作用提供具體的載體離子來源，并以