[发明专利]钢材激光熔覆工艺参数的优化方法和应用

说明书

本发明提供了一种钢材激光熔覆工艺参数的优化方法和应用，具体涉及激光熔覆工艺技术领域。该方法包括以下步骤：步骤a：利用单道熔覆工艺对钢材粉末进行激光熔覆，以激光功率和扫描速度作为待优化的参数，以表面质量、第一显微硬度、稀释率作为评价熔覆层性能的指标，得到激光功率和扫描速度下的评价矩阵，得到最佳的激光功率和扫描速度；步骤b：利用多道激光熔覆工艺对钢材粉末进行激光熔覆，以熔覆层厚度和搭接率作为待优化的参数，以孔隙率、第二显微硬度、自腐蚀电位为评价指标，得到熔覆层厚度和搭接率下的评价矩阵，得到最佳的熔覆层厚度和搭接率。该方法科学合理，把定性与定量结合起来，较贴近实际的量化结果。

技术领域

本发明涉及激光熔覆工艺技术领域，尤其是涉及一种钢材激光熔覆工艺参数的优化方法和应用。

背景技术

目前，零件的耐蚀、耐磨涂层主要是通过硬铬的电镀、热喷涂或其它堆焊技术来修复。不过，这些技术的应用将会随着环境，健康等问题被取代。将激光熔覆这种先进的增材制造技术，结合耐磨防腐多组元合金粉末，可以对失效的各种构件进行成功修复和强化，使其恢复并提高使用功能。

激光熔覆从本质上而言是一个能量输入的过程，能量输入过大或过小都会直接影响熔覆层的质量，若参数不合适，将导致气孔、裂纹、夹杂等缺陷，即使参数合适，也需要根据服役性能和材料特性选择优化的参数范围。

目前的参数优化缺乏统一的标准，表面质量、稀释率、熔高（宽）、显微硬度、耐腐蚀性等等都是评价参数的一个侧面。显然，以熔覆层的某单一特征评价出来的工艺窗口存在片面性，要兼顾成型性能和服役性能中的各项特征指标要求。

而目前的响应曲面法、BP神经网络、数学统计等方法存在一定的局限性，有计算的工作量大、参数不在同一坐标系下无法选取的弊端。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种钢材激光熔覆工艺参数的优化方法，旨在缓解现有技术中某一个性能指标下得到工艺窗口与另一个性能下得到工艺窗口不一致的问题，无法兼顾成型性能和服役性能中的各项特征指标要求，以及计算的工作量大和参数不在同一坐标系下无法选取的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明特采用如下技术方案：

本发明的第一方面提供了一种钢材激光熔覆工艺参数的优化方法，包括以下步骤：

步骤a：利用单道熔覆工艺对钢材粉末进行激光熔覆，以激光功率和扫描速度作为待优化的参数，以表面质量、第一显微硬度、稀释率作为评价熔覆层性能的指标，得到激光功率和扫描速度下的评价矩阵，得到最佳的激光功率和扫描速度；

步骤b：利用多道激光熔覆工艺对钢材粉末进行激光熔覆，以熔覆层厚度和搭接率作为待优化的参数，以孔隙率、第二显微硬度、自腐蚀电位为评价指标，得到熔覆层厚度和搭接率下的评价矩阵，得到最佳的熔覆层厚度和搭接率。

可选地，所述表面质量以不同工艺条件下熔覆层成型性、氧化情况和未熔粉量作为评价指标，建立模糊语言评述集合；

以“优、良、中、中下、差”对模糊语言评述集合进行分级，以0~1为隶属度，将不同工艺条件下的熔覆层表面质量对应到横纵坐标中并得到相应的得分，从而得到的矩阵。

可选地，还包括选取成形性、氧化情况、未熔粉量对表面质量的影响因数；

所述影响因数可用两两比较法获得，并形成判断矩阵，经过列归一化及行和运算后，得到特征向量，进一步利用Zadeh算子计算，得到各工艺条件下的对应由“优”至“差”的评价矩阵。

可选地，所述第一显微硬度采用模糊分布中的降半梯形、三角形、升半梯形函数进行隶属度的评价，对最大到最小硬度值区间进行等差划分，共划分5个区间，评语集合为“优、良、中、中下、差”；