一种刀具脉冲激光修复方法

1.本发明涉及刀具修复技术领域，具体为一种刀具脉冲激光修复方法。


背景技术：

2.切削加工刀具被称为“工业上的牙齿”，刀具磨损是工业加工过程中常见的问题，会导致加工品质的下降，生产效率的降低，严重时甚至会导致设备损坏。现今，刀具的需求量逐年增长，其消耗量也十分惊人。刀具修复是一项非常重要的工作，可以延长刀具的使用寿命，提高生产效率和产品质量，因此，开展刀具的激光修复，发展快速、高效、精密的修复技术具有广阔的市场需求和重大的经济效益。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是：提供一种刀具脉冲激光修复方法。
4.为了解决上述技术问题，本发明包括如下步骤：
5.s1制备混合粉末:用聚乙二醇为分散剂将tin粉末分散于无水乙醇中，超声分散1-2h后得到tin分散液，tin分散液加入co基合金粉末后混合球磨4-6h，然后干燥、过筛得到混合粉末；
6.s2刀具预处理:刀具采用m2钢材料，将待修复刀具超声除去油污等杂质，烘干备用；
7.s3预置粉末:用水玻璃将混合粉末调制成糊状，均匀地预置在刀具的前刀面部分，烘干备用；
8.s4激光熔覆:对刀具的前刀面部分进行激光熔覆，工艺参数如下：激光功率为1462-1900w，激光扫描速度为16mm/s，多道搭接率为30％，离焦量为35mm，脉冲频率为4hz，脉冲占空比为50％-65％，保护气体为氩气；
9.s5打磨刀尖:将刀具被熔覆的部分打磨出刀尖。
10.优选的，所述步骤s4的工艺参数如下：激光功率为1462w，激光扫描速度为16mm/s，多道搭接率为30％，离焦量为35mm，脉冲频率为4hz，脉冲占空比为65％，保护气体为氩气。
11.优选的，所述的混合粉末按质量百分比计包括tin粉末：20％，co基粉末：80％。
12.优选的，所述的m2钢材料按质量百分比计包括c：0.80-0.90％，si：0.20-0.45，mn：0.15-0.40％，cr：3.80-4.40％，v：1.75-2.20％，mo：4.50-5.50％，w：5.50-6.75％，s：0.00-0.30％，p：0.00-0.30％，ni：0.00-0.30％，cu：0.00-0.25％，余量为fe和不可避免的微量杂质。
13.优选的，所述的co基粉末按质量百分比计包括c：2.45％，cr：32.50％，si：1.00％，w：17.50％，fe：3.00％，mo：1.00％，ni：3.00％，mn：0.50％，余量为co和不可避免的微量杂质。
14.优选的，所述的co基粉末的粒径范围为75-150μm，所述的tin粉末的粒径范围为0.2-1.5μm。
15.优选的，所述步骤s1中球磨的速度为260r/min，球磨所采用的球磨球为硬质合金球，硬质合金球的球料比为10：1。
16.优选的，所述步骤s1中的干燥采用真空干燥，真空干燥的温度为70℃，干燥时间为24h，过筛使用100目的筛网。
17.优选的，所述步骤s1中每2.0gtin粉末分散到100ml无水乙醇中，聚乙二醇的用量为tin粉末质量的2％。
18.优选的，所述步骤s3中预置粉末的厚度控制为1mm。
19.本发明的有益效果是：本发明控制激光熔覆的工艺参数，消除了tin在熔覆层内的团聚现象，得到细小均匀分散的tin颗粒，使熔覆层受颗粒强化作用，获得了均匀的微观组织，提高了熔覆层的硬度和耐磨性。与现有技术相比，本发明采用激光熔覆修复刀具，并使修复后的刀具硬度达到700-800hv以满足使用需要，极大降低了刀具的报废率，具有良好的经济与生态效益。
具体实施方式
20.实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
21.刀具脉冲激光修复方法，包括如下步骤：
22.s1制备混合粉末:用聚乙二醇为分散剂将tin粉末分散于无水乙醇中，聚乙二醇的用量为tin粉末质量的2％，每2.0gtin粉末分散到100ml无水乙醇中，超声分散1-2h至tin粉末均匀分散到无水乙醇中后得到tin分散液，tin分散液加入co基合金粉末后以260r/min的速度混合球磨4-6h，球磨所采用的球磨球为球料比为10：1的硬质合金球，然后在70℃条件下真空干燥24h后，使用100目的筛网过筛得到混合粉末；
23.s2刀具预处理:刀具采用m2钢材料，将待修复刀具超声除去油污等杂质，烘干备用；
24.s3预置粉末:用水玻璃将混合粉末调制成糊状，均匀地预置在刀具的前刀面部分，预置粉末的厚度控制为1mm，烘干备用；
25.s4激光熔覆:对刀具的前刀面部分进行激光熔覆；
26.s5打磨刀尖:将刀具被熔覆的部分打磨出刀尖。
27.所述的混合粉末按质量百分比计包括tin粉末：20％，co基粉末：80％。
28.所述的m2钢材料按质量百分比计包括c：0.80-0.90％，si：0.20-0.45，mn：0.15-0.40％，cr：3.80-4.40％，v：1.75-2.20％，mo：4.50-5.50％，w：5.50-6.75％，s：0.00-0.30％，p：0.00-0.30％，ni：0.00-0.30％，cu：0.00-0.25％，余量为fe和不可避免的微量杂质。
29.所述的co基粉末按质量百分比计包括c：2.45％，cr：32.50％，si：1.00％，w：17.50％，fe：3.00％，mo：1.00％，ni：3.00％，mn：0.50％，余量为co和不可避免的微量杂质。
30.所述的co基粉末的粒径范围为75-150μm，所述的tin粉末的粒径范围为0.2-1.5μm。
31.实施例1：
32.步骤s4激光熔覆的工艺参数为：激光功率为1462w，激光扫描速度为16mm/s，多道
搭接率为30％，离焦量为35mm，脉冲频率为4hz，脉冲占空比为65％，保护气体为氩气。
33.实施例2：
34.步骤s4激光熔覆的工艺参数为：激光功率为1900w，激光扫描速度为16mm/s，多道搭接率为30％，离焦量为35mm，脉冲频率为4hz，脉冲占空比为50％，保护气体为氩气。
35.对照例1：
36.步骤s4激光熔覆的工艺参数为：激光器的激光功率为1000w，激光扫描速度为16mm/s，多道搭接率为30％，离焦量为35mm，脉冲频率为4hz，脉冲占空比为95％，保护气体为氩气。
37.对照例2：
38.步骤s4激光熔覆的工艺参数为：激光器的激光功率为1000w，激光扫描速度为16mm/s，多道搭接率为30％，离焦量为35mm，脉冲频率为40hz，脉冲占空比为95％，保护气体为氩气。
39.对照例3：
40.步骤s4激光熔覆的工艺参数为：激光器的激光功率为1000w，激光扫描速度为16mm/s，多道搭接率为30％，离焦量为35mm，脉冲频率为400hz，脉冲占空比为95％，保护气体为氩气。
41.对照例4：
42.步骤s4激光熔覆的工艺参数为：激光器的激光功率为1000w，激光扫描速度为16mm/s，多道搭接率为30％，离焦量为35mm，脉冲频率为4000hz，脉冲占空比为95％，保护气体为氩气。
43.对照例5：
44.步骤s4激光熔覆的工艺参数为：激光器的激光功率为1188w，激光扫描速度为16mm/s，多道搭接率为30％，离焦量为35mm，脉冲频率为4hz，脉冲占空比为80％，保护气体为氩气。
45.在打磨刀尖前对实施例与对照例得到的tin-co基熔覆层进行tin粒径测量、硬度测试和耐磨性测试，结果如表1所示。
46.硬度检测方法为：采用hxd-1000tmc维氏硬度计测试其硬度。从tin-co基熔覆层表面到基体每200μm测量一次硬度，重复三次取平均值。
47.耐磨性能检测方法为：采用mdw-02往复式摩擦磨损试验机进行tin-co基熔覆层的耐磨性测试，测试参数为室温，干摩擦，施加载荷50n，往复频率5hz，磨损距离8mm，对磨球选用si3n4。测试后对样品进行清洗烘干，测量磨痕形貌及磨损体积。
48.表1本发明实施例与对照例的性能测试结果表
[0049][0050]
参见表1，通过优化脉冲激光频率、占空比及功率，实施例1与实施例2获得的tin-co基熔覆层获得了更加均匀的熔覆层组织及更加优异的力学性能，其中实施例1获得的tin-co基熔覆层内tin平均粒径达到0.27μm。实施例1与实施例2获得的tin-co基熔覆层受颗粒强化作用，它们的平均硬度均可达到700-800hv以满足刀具使用的需要，此外它们的摩擦系数与磨损体积也较好，在切削过程中有较好的润滑性和减摩性，同时具有良好的耐磨性。
[0051]
本发明控制激光熔覆的工艺参数，消除了tin在熔覆层内的团聚现象，得到细小均匀分散的tin颗粒，使熔覆层受颗粒强化作用，获得了均匀的微观组织，提高了熔覆层的硬度和耐磨性。与现有技术相比，本发明采用激光熔覆修复刀具，并使修复后的刀具硬度达到700-800hv以满足使用需要，极大降低了刀具的报废率，具有良好的经济与生态效益。
[0052]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种刀具脉冲激光修复方法，其特征在于：包括如下步骤：s1制备混合粉末:用聚乙二醇为分散剂将tin粉末分散于无水乙醇中，超声分散1-2h后得到tin分散液，tin分散液加入co基合金粉末后混合球磨4-6h，然后干燥、过筛得到混合粉末；s2刀具预处理:刀具采用m2钢材料，将待修复刀具超声除去油污等杂质，烘干备用；s3预置粉末:用水玻璃将混合粉末调制成糊状，均匀地预置在刀具的前刀面部分，烘干备用；s4激光熔覆:对刀具的前刀面部分进行激光熔覆，工艺参数如下：激光功率为1462-1900w，激光扫描速度为16mm/s，多道搭接率为30％，离焦量为35mm，脉冲频率为4hz，脉冲占空比为50％-65％，保护气体为氩气；s5打磨刀尖:将刀具被熔覆的部分打磨出刀尖。2.根据权利要求1所述的刀具脉冲激光修复方法，其特征在于：所述步骤s4的工艺参数如下：激光功率为1462w，激光扫描速度为16mm/s，多道搭接率为30％，离焦量为35mm，脉冲频率为4hz，脉冲占空比为65％，保护气体为氩气。3.根据权利要求1所述的刀具脉冲激光修复方法，其特征在于：所述的混合粉末按质量百分比计包括tin粉末：20％，co基粉末：80％。4.根据权利要求1所述的刀具脉冲激光修复方法，其特征在于：所述的m2钢材料按质量百分比计包括c：0.80-0.90％，si：0.20-0.45，mn：0.15-0.40％，cr：3.80-4.40％，v：1.75-2.20％，mo：4.50-5.50％，w：5.50-6.75％，s：0.00-0.30％，p：0.00-0.30％，ni：0.00-0.30％，cu：0.00-0.25％，余量为fe和不可避免的微量杂质。5.根据权利要求1所述的刀具脉冲激光修复方法，其特征在于：所述的co基粉末按质量百分比计包括c：2.45％，cr：32.50％，si：1.00％，w：17.50％，fe：3.00％，mo：1.00％，ni：3.00％，mn：0.50％，余量为co和不可避免的微量杂质。6.根据权利要求1所述的刀具脉冲激光修复方法，其特征在于：所述的co基粉末的粒径范围为75-150μm，所述的tin粉末的粒径范围为0.2-1.5μm。7.根据权利要求1所述的刀具脉冲激光修复方法，其特征在于：所述步骤s1中球磨的速度为260r/min，球磨所采用的球磨球为硬质合金球，硬质合金球的球料比为10：1。8.根据权利要求1所述的刀具脉冲激光修复方法，其特征在于：所述步骤s1中的干燥采用真空干燥，真空干燥的温度为70℃，干燥时间为24h，过筛使用100目的筛网。9.根据权利要求1所述的刀具脉冲激光修复方法，其特征在于：所述步骤s1中每2.0gtin粉末分散到100ml无水乙醇中，聚乙二醇的用量为tin粉末质量的2％。10.根据权利要求1-9中任意一项所述的刀具脉冲激光修复方法，其特征在于：所述步骤s3中预置粉末的厚度控制为1mm。

技术总结
本发明公开了一种刀具脉冲激光修复方法，包括如下步骤：S1制备混合粉末；S2刀具预处理；S3预置粉末；S4激光熔覆:对刀具的前刀面部分进行激光熔覆，工艺参数如下：激光功率为1462-1900W，激光扫描速度为16mm/s，多道搭接率为30％，离焦量为35mm，脉冲频率为4Hz，脉冲占空比为50％-65％，保护气体为氩气；S5打磨刀尖，与现有技术相比，本发明采用激光熔覆修复刀具，并使修复后的刀具硬度达到700-800HV以满足使用需要，极大降低了刀具的报废率，具有良好的经济与生态效益。好的经济与生态效益。


技术研发人员：肖光春 常威 许崇海 张辉
受保护的技术使用者：齐鲁工业大学（山东省科学院）
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/7/22