[发明专利]一种超高速率激光熔覆制备钴基耐磨耐蚀涂层的方法

说明书

本发明涉及一种采用超高速率激光熔覆制备钴基耐磨耐蚀涂层的方法，属于表面处理技术领域。本发明通过选择合适的钴基合金粉末、调整粉末汇聚点和激光焦点的位置、调节工艺参数等方法，可快速精确地生产出表面平整度好、厚度小、无缺陷的钴基耐磨耐蚀涂层，实现了超高速率激光熔覆，达到提高生产效率、节约生产成本的目的。

技术领域

本方法属于先进制造、绿色制造技术领域，具体涉及一种超高速率激光熔覆制备钴基合金涂层的方法。

背景技术

钴基合金具有较高的强度、耐磨性、良好的抗热氧化性、抗热腐蚀性以及抗冷热交变能力，作为高温合金常用于能源、石化、冶金、航空航天等领域。与不锈钢以及镍基合金相比，钴基合金在1000°C以上显示出更为优异的抗热腐蚀性能，可以作为优良的防护材料在高温工作条件下取代不锈钢和镍基合金。在碳钢或者钛合金等表面制备钴基合金涂层，可以显著提高基体在高温下的抗腐蚀能力，达到降低成本和提高寿命的目的。

目前，制备钴基合金涂层的方法主要有热喷涂和激光熔覆两种方法。其中热喷涂制备的涂层孔隙率较高，致密度差；传统的激光熔覆技术虽然可制备高质量较薄的涂层，但效率低下，成本高，也限制了其产业推广。

传统的激光熔覆技术，是在激光束作用下将合金粉末与基体表面迅速加热并熔化，光束移开后自激冷却形成稀释率极低，与基体材料呈冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体表面耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的一种表面强化方法。其激光束绝大部分能量作用在基体材料上并形成熔池，粉末同步进入熔池之前保持固体颗粒状态，进入熔池后才熔化成液态，激光束离开后快速冷却凝固形成与基体材料呈冶金结合的熔覆层。

传统激光熔覆存在效率低下、成本高等上述问题，因此需要寻求一种更好的激光熔覆制备钴基合金涂层的方法。

发明内容

本发明提供一种超高速率激光熔覆制备钴基合金涂层的方法，可以实现短时间内完成大面积钴基合金涂层的快速制备，在满足材料的性能、尺寸、结构要求的同时，极大的提高工作效率。需要说明的是，本发明中的超高速是相对于现有的激光熔覆速度而言的，该超高速具体是指激光扫描线速度大于等于20m/min。

本发明的超高速激光熔覆技术是一种新型、高效的激光熔覆技术，其激光束少部分能量作用在基体材料上形成较浅的熔池，而大部分能量作用在了粉末材料上，使粉末在进入熔池之前温度升至熔点并熔化，以液滴的形式与基体材料结合，再依靠基体自身冷却凝固。由于不需要在基体表面形成较深的熔池，故与传统激光熔覆技术相比，激光能耗明显下降，工作效率也提高了几十甚至上百倍。粉末熔滴极高的凝固速率，使涂层在制备过程中基本不被氧化，保证了涂层的性能。

根据本发明一方面，提供了一种超高速率激光熔覆制备钴基耐磨耐蚀涂层的方法，其特征在于，该方法的步骤包括：

（1）对钴基合金粉末筛分及净化处理，经过烘干处理后真空封存，备用；

（2）设定超高速率激光熔覆的工艺参数；

（3）将表面光洁无缺陷的基体装夹在数控设备的回转机构上，并调整光斑（激光焦点）和粉斑（钴基合金粉末汇聚点）相对于基体待熔覆面的位置，使得钴基激光束80%以上的能量作用在了粉末材料上；

（4）采用同轴送粉超高速激光熔覆方法，将步骤（1）所得的钴基合金粉末熔覆到基体表面，得到钴基耐磨耐蚀涂层。

根据本发明另一方面，所述步骤（1）中，所述钴基合金粉末要求是粒度范围为15～50μm、球形度大于90% 。

根据本发明另一方面，所述步骤（1）中，所述烘干处理的工艺是将粉末在120～150℃范围内保温1.5～3.5h后并随炉冷却至室温。

根据本发明另一方面，所述步骤（3）中，所述光斑和粉斑相对于基体待熔覆面的位置要求光斑与粉斑在高于待熔覆面0.5～2mm的位置重合。