[发明专利]一种采用超高速率激光熔覆方法制造的核电海水泵轴

说明书

本发明提供了一种采用超高速率激光熔覆方法制造的核电海水泵轴。在核电海水泵轴基体表面采用超高速率激光熔覆方法制备钴基耐磨耐腐蚀涂层。采用该方法制造的核电海水泵轴耐磨耐腐蚀性能和使用寿命均超过目前国内使用的电镀核电海水泵轴，且克服了传统激光熔覆方法所导致的涂层平整度差、生产效率低的问题，能够进行大规模批量化生产。

技术领域

本发明涉及一种采用激光熔覆方法制造的轴类零件，尤其涉及一种采用高速率激光熔覆方法制造的核电海水泵轴，属于激光增材制造领域。

背景技术

核电海水泵轴是核电站重要厂用水系统的组成部分，其功能是在机组各种运行工况下为核电站提供冷却用水，由于节约成本的需要，常选用海水作为冷却水介质。海水中大量的Na、Mg、K、Cl等离子，经常导致核电海水泵轴在服役过程中的发生严重腐蚀，需要进行更换以保证泵的安全运行。实际检修过程中，技术人员发现大概有50%的概率会发生海水泵泵轴腐蚀现象。

目前为止，相关研究人员针对腐蚀和磨损问题展开了许多研究，主要的耐腐蚀磨损的方法有三种：加入缓蚀剂、电镀和激光熔覆：

（1）加入缓蚀剂。缓蚀剂可以在核电海水泵轴表面形成有一种致密的保护膜，是核电海水泵轴本体与腐蚀介质隔离开，达到保护核电海水泵轴的目的，形成的保护膜对偏磨还能起到一定的防治作用。但缓蚀剂要根据腐蚀形式和腐蚀介质进行选择，而实际工况的腐蚀形式和腐蚀介质很复杂，且保护膜的耐磨性很差，因此保护作用不明显。

（2）电镀技术。目前国内使用最为广泛的方法是电镀技术，该方法工艺简单成本低廉。但镀层与基体为物理结合，结合力差，在长时间摩擦、腐蚀的工作状态下易出现涂层破碎、剥落的现象。严重影响保护效果。

（3）激光熔覆技术。该方法基于激光能量集中、能量密度分布均匀的特点，在热输入量很小的条件下在基体表面形成均匀致密的钴基涂层，涂层与基体为冶金结合状态，避免了孔隙裂纹的产生，从而彻底阻隔了腐蚀介质与基体的接触。但传统的激光熔覆速率较低，且熔覆后涂层粗糙度较大，还需要如车削等机械加工保证部件尺寸精确度，因此生产效率低下。同时为了更快的制备大面积涂层，传统的激光熔覆方法使用提高激光功率和增加光斑面积的方法，但过高的功率会提高核电海水泵轴的温度梯度，导致在加工后发生变形。

发明内容

本发明针对上述电镀涂层易破损和传统激光熔覆方法生产的核电海水泵轴涂层粗糙度较大且身产效率低下的问题，采用同轴送粉式的超高速率激光熔覆方法，提供一种涂层光滑可控、组织均匀致密、生产周期更短的核电海水泵轴。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。

本发明技术方案的具体内容是：

一种采用超高速率激光熔覆方法制造的核电海水泵轴，其特征在于该核电海水泵轴包括核电海水泵轴基体和熔覆在该基体上的涂层。该核电海水泵轴通过下述方法制备：

（1）选择钴基粉末并对粉末筛分处理，然后经过烘干处理后真空封存，备用；

（2）将核电海水泵轴基体固定在机床上，外圆加工至直径小于成品直径0.2～0.6mm，检查基体表面，确保表面光洁无缺陷；

（3）将核电海水泵轴基体装夹在激光熔覆设备的回转机构上，调整光斑（激光焦点）和粉斑（钴基粉末汇聚点）相对基体外表面待熔覆面上方的位置，使得激光大部分能量作用在基体上方的钴基粉末上；

（4）采用同轴送粉超高速激光熔覆方法，使用步骤（3）所设定的工艺将步骤（1）所得的钴基粉末熔覆到基体表面，得到厚度为0.15～0.45mm的涂层；

（5）在不送粉条件下降低激光功率，保持其它工艺参数不变，对熔覆涂层进行激光重熔，在核电海水泵轴基体表面得到表面平滑光亮、无凹坑和裂纹的涂层。