[发明专利]强化和修复高速混合机桨叶及筒体表面的激光合金化工艺

说明书

技术领域

本发明属于表面强化及修复应用领域，特别涉及一种高速混合机桨叶及筒体表面的强化和修复的激光合金化工艺。

背景技术

浆叶和筒体是塑料混料设备的主要结构部件，其耐磨、耐蚀性能的高低直接影响设备的使用寿命。通常，桨叶和筒体的工作温度为100~300℃，而且桨叶和筒体在高速旋转过程中要承受磨料的摩擦力和冲击力，加之工作环境中产生的氯气的腐蚀作用，使其产生疲劳、裂纹和剥落，从而导致其使用年限很短。目前国内混料设备中的浆叶、筒体基本上采用普通不锈钢，这种材料虽然具有较高的耐腐性，但耐磨性能差。一般情况下，其使用寿命为1~2年，但当其混合的填料硬度较高时（如：高浓度CaCO₃、玻璃纤维、玻璃微珠等），其使用寿命更短。

目前，国内外的研究主要集中在改进桨叶其筒体的结构和材质上，例如专利申请号为200610035789.X，发明名称为“焊接式螺旋桨桨叶的加工方法”和专利申请号为200410074991.4，发明名称为“桨叶式混合机”以及专利申请号为200810020001.7，发明名称为“桨叶式三维立体混合机”的中国专利描述了通过改变结构和制造方法来改善桨叶性能；专利申请号为87107515.6，发明名称为“一种耐磨耐腐普钙发生器桨叶铸铁合金及生产工艺”的专利描述了通过改变材质提高桨叶性能等。除了上述方法外，表面改性技术是其延寿的另一种方法。已有这方面应用的涂层的专利发表，如在专利申请号为200510095492.8，发明名称为“在螺旋桨叶片的表面应用的硬质复合纳米陶瓷薄膜的涂层”的中国专利中描述了一种应用在飞机和船舶领域的螺旋桨叶表面的硬质复合纳米陶瓷薄膜涂层。当前，利用表面技术对零部件进行强化和修复已成为磨损件延寿的发展方向之一。该方法可以大大提升混料设备中易耗件的使用年限，减少频繁更换部件所需的成本，节约能源，并实现可持续发展。因此该方法成为可以获得高耐蚀、高耐磨性能的浆叶及筒体工作层以提高混合设备使用寿命的一种主要途径。但是这种涂层的厚度小于60微米，不能显著提高桨叶和筒体的使用寿命。

激光表面合金化工艺可以大大提高涂层的厚度。激光合金化是利用激光将基体金属表面熔化，同时加入合金元素，以基体为溶剂，合金元素为溶质，在基体上构成一层浓度高且均匀的合金层，从而达到所要求的耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗氧化等特殊性能。近一二十年来，许多国家和地区投入了大量的人力与物力进行了此项目的研究。在基材方面，除研究了多种黑色金属外，还研究了Al合金、Ti合金、Cu合金、Ni基合金等。添加的合金元素有Ni、Cr、W、Ti、Co、Mn、Mo、B等。激光表面合金化工艺主要应用在例如排气阀门、阀座、高速钢刀具及汽车活塞等零件上。例如专利号为201010235189.4的中国专利公开了一种合金粉末、球墨铸铁表面激光合金化涂料及激光合金化方法；专利号为200910119256.3的中国专利公开了一种锯片合金刀头及其激光强化处理工艺；专利号为01114854.3的中国专利公开了一种对铝合金挤压模的表面进行激光合金化的处理方法等。但是，目前并未有关于塑料混合机领域的激光表面合金化强化工艺的专利发表。

发明内容

本发明的目的是提供一种强化和修复高速混合机桨叶及筒体表面的激光合金化工艺。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种强化和修复高速混合机桨叶及筒体表面的激光合金化工艺，该工艺包括以下步骤：

1）对所述高速混合机桨叶及筒体的表面进行清洗和打磨，所述高速混合机的桨叶及筒体的基体为市面购得的普通奥氏体不锈钢；

2）将锰粉和复合碳化物陶瓷粉末混合；

3）将粘接剂倒入混合好的所述锰粉和复合碳化物陶瓷粉末中搅拌成可流动的糊状物；

4）将所述糊状物铺设在所述塑料混合机桨叶和筒体的表面上形成预涂层，然后置于空气中风干；

5）所述预涂层干燥后，用功率为0.5~10kW、扫描速度为5~30mm/s、光斑直径为1~3mm的激光束进行处理以在所述高速混合机桨叶及筒体的表面形成耐磨耐腐的合金化涂层。优选用功率为0.5~2.5kW的CO₂激光器。

在本发明的目的还可以通过以下的技术方案来进一步实现：

前述的强化和修复高速混合机桨叶及筒体表面的激光合金化工艺，其中，所述锰粉和所述复合碳化物陶瓷粉末的重量百分比为：30~70 wt％锰粉，30~70 wt％复合碳化物陶瓷粉末。