[发明专利]一种高温炉辊激光再制造用粉料及修复工艺

说明书

技术领域

本发明涉及冶金行业一种高温炉辊的激光再制造用粉末材料及修复技术，属于金属材料表面工程技术领域。

背景技术

在冶金企业中，大量机械设备处于高温，高速，重负载和腐蚀环境下运行，因此，这些设备的一些关键零部件的质量和使用寿命直接影响到企业的生产率，生产成本和产品质量。从机械零部件的失效形式来看，主要是以疲劳破坏，腐蚀破坏和磨损破坏为主，而冶金机械设备中的腐蚀和磨损几乎包罗了全部磨损，腐蚀的各种类型。通常，机械零件在设计时的选材原则主要是保证强度、刚度、抗疲劳性能，而零件的表面却要承担摩擦磨损，介质腐蚀等功能，零件在设计时主要是从研究机械零件本体材质为主，来提高其的耐磨损，耐腐蚀性能，表面处理技术上也出现了表面淬火，堆焊，镀铬及表面化学处理等，来提高机械零件表面性能，其中有的能够满足表面负荷的要求，多数情况下则不能完全满足使用寿命要求。机械设备经长期使用出现功耗增大，振动加剧，严重泄露，这些现象的发生都是某个关键零件发生磨损、腐蚀、变形、老化，甚至出现裂纹造成的。磨损在零件表面发生，腐蚀从零件表面开始，疲劳裂纹由表面向内部延伸。所以失效均始于表面问题，解决这些问题表面工程可以大有作为。激光表面加工技术是20世纪80年代兴起的一门新的表面工程技术。它与冶金机械制造业传统采用的表面处理工艺比较，具有诸多特点和优越性。在冶金机械设备再制造技术的应用和推广有着广阔的前景。

制造业是所有产业中最大的资源使用者，也是最大的环境污染源之一。再制造是以废旧机电产品为对象，以产品全寿命周期理论为基础，在保证零部件材质和基本形状不变的前提下，运用高技术和新的科技成果进行修复或改造的过程。它充分挖掘了已成形的零部件中蕴含的材料、能源和加工附加值，使经再制造的产品性能达到或超过新品。再制造工程具有潜在价值的根本是机器中各部件的使用寿命是不相等的，而且每个零件的各个工作表面的使用寿命也是不相等的，这就为再制造工程的实施提供了条件，因而，再制造工程是发展循环经济的必然选择。

目前冶金行业高温炉辊表面根据防护涂层工艺的不同，分化出三大主要流派制造技术：美国普莱可斯公司的爆炸喷涂技术、日本托卡洛株式会社的等离子喷涂与超音速喷涂技术以及日本日铁哈德株式会社的超音速喷涂技术，其制造的热喷涂涂层目前在世界各大钢铁企业的高温炉辊等部件已广泛应用。

激光再制造工程的最大优势，是能够以先进成形技术方法，制备出优于基体材料性能的改性层，改性层与基体呈冶金结合。如采用金属材料的表面强化处理、激光显微仿形熔覆等技术修复和强化零件表面，赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳等性能，这层表面材料厚度从几十微米到几毫米，与制作部件的整体材料相比，厚度薄、面积小，但却承担着工作部件的主要功能，使工件具有了比本体材料更高的耐磨性、抗腐蚀性和耐高温等能力。

激光表面加工新技术是八十年代以来迅速发展的新技术，碳钢、合金钢机械零件等经激光表面改性处理后，其抗磨、耐蚀及高温氧化性能均得到很大提高。从力学的角度来看，“膜基结合强度”在表面工程技术中是极为重要的力学性能参量。与表面工程的其它一些技术相比，激光加工技术的出现和发展，很好地解决了膜基结合强度问题，激光加工技术及其与表面工程的其它各项技术的结合必将在再制造工程中大显身手。

冶金行业高温炉辊激光再制造工程的最大优势，是能够以先进成形技术和方法，制备出优于基体材料性能的再制造改性层，改性层与基体呈冶金结合。赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳等性能，这层表面材料厚度从几十微米到几毫米，与制作部件的整体材料相比，厚度薄、面积小，但却承担着工作部件的主要功能，使工件具有了比本体材料更高的耐磨性、抗腐蚀性和耐高温等能力。

激光熔覆技术性能特点：激光熔覆层与基体为冶金结合，基体材料在激光加工过程中仅表面微熔，微熔层为0.05mm -0.1mm。加工过程中基体温升不高（大工件温升不超过80℃），激光加工后基本无热变形。激光熔覆技术可控性好，自动化程度高。采用适当的激光再制造粉料体系和优化的加工工艺方法，可以获得超越传统高温炉辊表面喷涂涂层的制备技术，使报废或存在质量隐患的高温炉辊通过再制造技术得以修复和利用，满足循环经济的需要和再生资源的利用，适应我国冶金行业高温部件实际生产应用的需要。