[发明专利]粉末热锻浮动油封环耐磨有孔激光熔覆涂层的形成方法

说明书

技术领域

本发明属于激光熔覆技术领域，具体涉及一种粉末热锻浮动油封环耐磨有孔激光熔覆涂层的形成方法。

背景技术

激光熔覆是利用高能量密度的激光束，采用粉末材料，在工件的表层进行熔覆处理，以获得优良力学性能涂层的激光表面改性技术。激光束扫描后，熔覆的表面合金由于基体材料的迅速导热而产生极高的冷却速度而快速凝固结晶，不但产生牢固、良好的冶金结合,而且还获得细小均匀的显微组织(即涂层微观组织优良)，因此可获得具有非常优异力学性能和耐磨、耐蚀性能的表面涂层。相对传统的热处理技术，激光熔覆技术具有以下主要优点：(1)激光能量密度高，加热速度快，对基材热影响小，工件变形小，易于实现自动化柔性加工。(2)通过调节激光输入能量，可将基材的稀释率控制在极低范围(一般为2％～8％，质量分数)，从而保持了熔覆层材料原本的优异性能。(3)激光熔覆层与基材间牢固结合，为冶金结合。(4)熔覆层组织致密均匀，极大提高了工件表面的硬度、耐磨、耐腐蚀及抗疲劳等性能，且延长了材料的使用寿命，尤其在废件维修的应用上具有难以估计的价值。(5)适用范围广，理论上任何基材表面均能激光熔覆几乎所有的金属或陶瓷材料。因此，目前采用激光熔覆技术对金属零部件进行强化处理已成为提高金属零件力学性能及价值的利器。

激光熔覆工艺的粉末添加方式通常可分为同步输送和粉末预置两种。同步输送方式具有易实现自动控制、熔覆效率高、熔覆层无气孔等优点，但须用到专用的激光熔覆喷头、送粉器以及大功率激光器，因而设备成本高。同时，相对于预置式激光熔覆工艺，其成型表面较为粗糙。

预置式粉末添加方式具有不受材料的限制、易于进行复合成分粉末的熔覆、工艺简单、操作灵活等优点。目前常采用的粉末预置方法主要包括热喷涂法和化学黏结法：热喷涂法在预置粉末的过程中除需要专用的喷涂设备外，其粉末的损失量很大(约为30％～40％)，该方法还存在对粉末粒度的要求较高等不足；对于化学粘结法而言，由于使用了各种黏结剂，在熔覆过程中极易产生气孔等缺陷，同时粘结剂的加入对熔覆层成分也会产生不同程度的不利影响；此外，传统粉末预置法通常难以精确控制粉末预置的厚度，导致熔覆层厚度不足或需较多后续机加工工作。为克服上述不足，申报发明专利及申报实用新型(申报号分别为201110440356.3及201120549785.X)提出一种采用光纤激光的熔覆装置，该装置采用铺粉滚预置的金属粉末实现粉末预置，但是基于选区激光烧结技术的铺粉滚铺粉机构，在展开多层熔覆时，很容易因熔覆区域有凸起而发生铺粉滚与熔覆面碰撞现象，这严重影响了粉末预置过程的稳定性，甚至将熔覆件撞坏或者将铺粉滚卡住，造成熔覆失败。

浮动油封是一种专门针对大负荷、恶劣工作环境所设计的机械密封，具有抗污性能好，耐压、耐磨、自动补偿端面磨损等特点，所以在机械工程领域得到广泛应用。其结构一般由两个金属浮动油封环和两个橡胶密封圈共四组件配套组成，其工作原理就是一对橡胶密封圈在金属浮动油封环的支撑下与腔体形成一个封闭的空间(但不与轴接触)，旋转时浮动油封环的两个经过研磨的表面紧密配合并相对滑动，一方面保证运转良好，另一方面有效封隔外界的灰尘、水、污泥等，保护内部的润滑油脂不泄露。

由于浮动油封环用量大，要求硬度高，密封性、耐磨性好，用一般熔铸材料制造的浮动油封环难于达到技术要求，在国外多采用合金铸铁精密铸造，但需要添加大量稀缺昂贵的Cr、Ni、Mo等元素，且废品率较高、生产率低、成本高。国内也有厂家采用粉末热锻法生产浮动油封环，粉末热锻法可根据需要在零件不同的部位配置合适含量的贵金属元素，以达到既能满足使用要求，又能节省生产成本的效果。但是采用粉末热锻法制造的浮动油封环，其内部仍存在孔洞，致使其工作端面的硬度通常达不到使用要求，为提高粉末热锻浮动油封环工作端面的硬度，通常采用渗碳+淬火+低温回火热处理，这不仅增加了制造时间，同时受限于渗碳工艺特点，渗碳后的零件的热变形量较大；为保证精度，零件需留有较多的二次加工余量，这也增加了制造成本。同时，为改善淬透性，使热处理后的浮动油封环工作端面力学性能达到使用要求，当前的粉末热锻件中也需要在粉末冶金件中加入较为贵重的Cr，Mo等金属或合金成分，这也大大增加了粉末热锻浮动油封环的制造成本。