一种巴氏合金复合层的激光熔覆工艺的制作方法

1.本发明属于激光熔覆技术领域，具体涉及一种巴氏合金复合层的激光熔覆工艺。


背景技术：

2.巴氏合金由美国人巴比特发明，又称白合金。巴氏合金的主要成分为：锡、铅、锑、铜，锑、铜用以提高合金的强度和硬度。因其有良好的耐磨性、导热性以及特殊的组织结构有利于减少摩擦，而激光熔覆技术是以激光为热源，在激光束照射下，将熔覆粉末(金属、陶瓷粉末等)与基体表面迅速加热并熔化，光束移开后自冷却的一种增材制造方法。
3.原巴氏合金制备方法为人工焊接，但基材焊接性能较差，焊接成型的巴氏合金组织粗大，成分偏析严重，且与基体结合差，成型后的巴氏合金易出现剥落，且焊接过程由操作人员手工完成，劳动环境恶劣，劳动强度大，焊接成型的巴氏合金外形尺寸不易控制。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种巴氏合金复合层的激光熔覆工艺，解决了原巴氏合金制备方法为人工焊接，但基材焊接性能较差，焊接成型的巴氏合金组织粗大，成分偏析严重，且与基体结合差，成型后的巴氏合金易出现剥落，且焊接过程由操作人员手工完成，劳动环境恶劣，劳动强度大，焊接成型的巴氏合金外形尺寸不易控制的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种巴氏合金复合层的激光熔覆工艺，包括以下步骤：
6.s1：选取工件：选取表面待熔覆巴氏合金复合层的工件。
7.s2：工件处理：将工件放置在打磨机的内部，对工件表面进行打磨，将残留在工件待熔覆巴氏合金复合层表面的杂质进行去除，得到表面清洁的工件。
8.s3：激光熔覆制备巴氏合金层：将工件放置在激光熔覆设备的内部，然后将巴氏合金粉末装填在激光熔覆设备的内部，然后启动激光熔覆设备，激光熔覆设备启动后，高能量密度激光照射在被加工工件表面时，在工件表面形成一微区熔池，巴氏合金粉末在惰性气体载气带动下，被送入熔池区域并熔化，随之快速凝固，从而在激光扫描路径的后方形成和被加工工件母材完全冶金结合的熔覆巴氏合金层。
9.s4：再次激光熔覆：将表面熔覆巴氏合金层的工件冷却后，再次放置在激光熔覆设备的内部，启动激光熔覆设备，再次进行激光熔覆，从而在被加工工件母材的表面熔覆巴氏合金复合层。
10.s5：巴氏合金复合层处理：将经过激光熔覆巴氏合金复合层的工件放置在砂磨机的内部，对工件表面的巴氏合金复合层进行砂磨抛光，去除巴氏合金复合层表面的细小凸起。
11.s6：机加恢复尺寸：将处理好巴氏合金复合层的工件放置在数控机床的内部，根据工件所需的尺寸进行裁切打磨，得到表面激光熔覆巴氏合金复合层的成品工件。
12.优选的，所述s3激光熔覆制备巴氏合金层步骤中巴氏合金层与工件基体为致密冶金结合，结合强度大于原本体材料的90％。
13.优选的，所述s3激光熔覆制备巴氏合金层步骤中工件基体在激光加工过程中被加工工件仅表面微熔，最小微熔层约0.05-0.1mm。
14.优选的，所述s3激光熔覆制备巴氏合金层步骤中工件基体热影响区极小，最小可达0.1-0.2mm，基体温上升不超过80摄氏度。
15.优选的，所述s3激光熔覆制备巴氏合金层步骤中熔覆巴氏合金层与工件基体的冷却速度为106℃/s。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
17.1、通过激光熔覆锡基巴氏合金金相组织中，产生的黑色物质为锡基α固溶体基体，并且其中均匀分布有白色方块状、三角形或多边形的锡锑化合物和白色形状或针状或点状的铜锡化合物，并且白色组织细小均匀，最大线长度不超过20μm，从而得知巴氏合金与基体冶金结合，无任何冶金缺陷，而且铜锡化合物数量增加有利于提高巴氏合金的硬度。
18.2、通过采用激光熔覆技术，克服焊接性能差的问题，成功在工件表面制备巴氏合金层，巴氏合金层组织均匀，无任何冶金缺陷出现，与工件基体冶金结合，结合牢固可靠，成型尺寸均匀可控，完全解决原人工焊接工艺方法存在的问题，且整个成型过程通过机械手臂自动完成，解放人工劳动，操作环境大大改善。
19.3、由于激光作用时间短，熔覆层稀释率低，基材的熔化量比较小，对熔覆层的冲淡率很低，因此可在熔覆层比较薄的情况下，获得所要求的成分和性能，从而节约昂贵的覆层材料；激光熔覆对母材的热影响极小，不会破坏母材的原始热处理性能，同时使母材的变形控制在最小范围，激光熔覆技术可控性好，易实现自动化控制，熔覆层质量稳定，激光熔覆技术解决了手工电弧焊、等离子焊、氩弧焊、喷涂、镀层等传统修理方法无法解决的材料选用局限性、工艺过程热应力、热变形、材料晶粒粗大、基体材料结合强度难以保证的矛盾。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施方案，对本发明实施方案中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方案仅仅是本发明一部分实施方案，而不是全部的实施方案。基于本发明中的实施方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方案，都属于本发明保护的范围。
21.一种巴氏合金复合层的激光熔覆工艺，包括以下步骤：
22.s1：选取工件：选取表面待熔覆巴氏合金复合层的工件。
23.s2：工件处理：将工件放置在打磨机的内部，对工件表面进行打磨，将残留在工件待熔覆巴氏合金复合层表面的杂质进行去除，得到表面清洁的工件。
24.s3：激光熔覆制备巴氏合金层：将工件放置在激光熔覆设备的内部，然后将巴氏合金粉末装填在激光熔覆设备的内部，然后启动激光熔覆设备，激光熔覆设备启动后，高能量密度激光照射在被加工工件表面时，在工件表面形成一微区熔池，巴氏合金粉末在惰性气体载气带动下，被送入熔池区域并熔化,随之快速凝固，从而在激光扫描路径的后方形成和被加工工件母材完全冶金结合的熔覆巴氏合金层，其中巴氏合金层与工件基体为致密冶金结合，结合强度大于原本体材料的90％，另外工件基体在激光加工过程中被加工工件仅表
面微熔，最小微熔层约0.05-0.1mm，并且工件基体热影响区极小，最小可达0.1-0.2mm，基体温上升不超过80摄氏度。
25.s4：再次激光熔覆：将表面熔覆巴氏合金层的工件冷却后，熔覆巴氏合金层与工件基体的冷却速度为106℃/s，再次放置在激光熔覆设备的内部，启动激光熔覆设备，再次进行激光熔覆，从而在被加工工件母材的表面熔覆巴氏合金复合层。
26.s5：巴氏合金复合层处理：将经过激光熔覆巴氏合金复合层的工件放置在砂磨机的内部，对工件表面的巴氏合金复合层进行砂磨抛光，去除巴氏合金复合层表面的细小凸起。
27.s6：机加恢复尺寸：将处理好巴氏合金复合层的工件放置在数控机床的内部，根据工件所需的尺寸进行裁切打磨，得到表面激光熔覆巴氏合金复合层的成品工件。
28.上述技术方案优点在于：激光熔覆锡基巴氏合金金相组织中，产生的黑色物质为锡基α固溶体基体，并且其中均匀分布有白色方块状、三角形或多边形的锡锑化合物和白色形状或针状或点状的铜锡化合物，并且白色组织细小均匀，最大线长度不超过20μm，从而得知巴氏合金与基体冶金结合，无任何冶金缺陷，而且铜锡化合物数量增加有利于提高巴氏合金的硬度，并且采用激光熔覆技术，克服焊接性能差的问题，成功在工件表面制备巴氏合金层，巴氏合金层组织均匀，无任何冶金缺陷出现，与工件基体冶金结合，结合牢固可靠，成型尺寸均匀可控，完全解决原人工焊接工艺方法存在的问题，且整个成型过程通过机械手臂自动完成，解放人工劳动，操作环境大大改善，另外由于激光作用时间短，熔覆层稀释率低，基材的熔化量比较小，对熔覆层的冲淡率很低，因此可在熔覆层比较薄的情况下，获得所要求的成分和性能，从而节约昂贵的覆层材料；激光熔覆对母材的热影响极小，不会破坏母材的原始热处理性能，同时使母材的变形控制在最小范围，激光熔覆技术可控性好，易实现自动化控制，熔覆层质量稳定。激光熔覆技术解决了手工电弧焊、等离子焊、氩弧焊、喷涂、镀层等传统修理方法无法解决的材料选用局限性、工艺过程热应力、热变形、材料晶粒粗大、基体材料结合强度难以保证的矛盾。
29.尽管已经示出和描述了本发明的实施方案，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施方案进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种巴氏合金复合层的激光熔覆工艺，其特征在于：包括以下步骤：s1：选取工件：选取表面待熔覆巴氏合金复合层的工件；s2：工件处理：将工件放置在打磨机的内部，对工件表面进行打磨，将残留在工件待熔覆巴氏合金复合层表面的杂质进行去除，得到表面清洁的工件；s3：激光熔覆制备巴氏合金层：将工件放置在激光熔覆设备的内部，然后将巴氏合金粉末装填在激光熔覆设备的内部，然后启动激光熔覆设备，激光熔覆设备启动后，高能量密度激光照射在被加工工件表面时，在工件表面形成一微区熔池，巴氏合金粉末在惰性气体载气带动下，被送入熔池区域并熔化，随之快速凝固，从而在激光扫描路径的后方形成和被加工工件母材完全冶金结合的熔覆巴氏合金层；s4：再次激光熔覆：将表面熔覆巴氏合金层的工件冷却后，再次放置在激光熔覆设备的内部，启动激光熔覆设备，再次进行激光熔覆，从而在被加工工件母材的表面熔覆巴氏合金复合层；s5：巴氏合金复合层处理：将经过激光熔覆巴氏合金复合层的工件放置在砂磨机的内部，对工件表面的巴氏合金复合层进行砂磨抛光，去除巴氏合金复合层表面的细小凸起；s6：机加恢复尺寸：将处理好巴氏合金复合层的工件放置在数控机床的内部，根据工件所需的尺寸进行裁切打磨，得到表面激光熔覆巴氏合金复合层的成品工件。2.根据权利要求1所述的一种巴氏合金复合层的激光熔覆工艺，其特征在于：所述s3激光熔覆制备巴氏合金层步骤中巴氏合金层与工件基体为致密冶金结合，结合强度大于原本体材料的90％。3.根据权利要求1所述的一种巴氏合金复合层的激光熔覆工艺，其特征在于：所述s3激光熔覆制备巴氏合金层步骤中工件基体在激光加工过程中被加工工件仅表面微熔，最小微熔层约0.05-0.1mm。4.根据权利要求1所述的一种巴氏合金复合层的激光熔覆工艺，其特征在于：所述s3激光熔覆制备巴氏合金层步骤中工件基体热影响区极小，最小可达0.1-0.2mm，基体温上升不超过80摄氏度。5.根据权利要求1所述的一种巴氏合金复合层的激光熔覆工艺，其特征在于：所述s3激光熔覆制备巴氏合金层步骤中熔覆巴氏合金层与工件基体的冷却速度为106℃/s。

技术总结
本发明公开了一种巴氏合金复合层的激光熔覆工艺，包括以下六个步骤：选取工件、工件处理、激光熔覆制备巴氏合金层、再次激光熔覆、巴氏合金复合层处理和机加恢复尺寸。通过采用激光熔覆技术，克服焊接性能差的问题，成功在工件表面制备巴氏合金层，巴氏合金层组织均匀，无任何冶金缺陷出现，与工件基体冶金结合，结合牢固可靠，成型尺寸均匀可控，完全解决原人工焊接工艺方法存在的问题，且整个成型过程通过机械手臂自动完成，解放人工劳动，操作环境大大改善，激光熔覆对母材的热影响极小，不会破坏母材的原始热处理性能，同时使母材的变形控制在最小范围，激光熔覆技术可控性好，易实现自动化控制，熔覆层质量稳定。熔覆层质量稳定。


技术研发人员：陈俊琪 王永强 莫云林 康洁 杨俊
受保护的技术使用者：江苏特维克科技有限公司
技术研发日：2023.04.24
技术公布日：2023/7/25