[发明专利]一种采用超高速率激光熔覆方法制造的液压支架立柱

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液压支架立柱。立柱主体材料为27SiMn，在立柱最易受到腐蚀介质侵蚀的活柱及中缸外表面采用超高速率激光熔覆方法制备奥氏体不锈钢耐腐蚀涂层。采用该方法制造的立柱耐腐蚀性能和使用寿命均超过目前国内使用的电镀立柱，且克服了传统激光熔覆方法所导致的涂层平整度差的问题，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圆柱类零件，尤其涉及一种采用高速率激光熔覆方法制造的液压支架立柱，属于激光增材制造领域。

背景技术

液压支架立柱是矿山机械的重要设备，在服役过程中承受来自顶板的载荷，是液压支架的主要承载部件，因此要求立柱具有足够的强度和使用寿命，为综采工作提供支撑防护和安全保障。

液压支架立柱长期在酸、碱性腐蚀环境中工作，尤其是立柱的活柱和中缸外表面暴露在外部环境中承受着腐蚀、磨损和碰撞。目前国内液压支架立柱均采用27SiMn材料制造，并在立柱活柱和中缸表面采用电镀工艺，以铜锡合金作为打底层，镀层厚度为20～35μm，然后表面镀硬铬，厚度为30～45μm。

通过对发生问题的立柱的故障统计发现：出现几率最大的故障是立柱的电镀面出现损伤。其原因主要有两种：第一种是在矿井下镀层表面吸附腐蚀性介质渗入镀层底部形成腐蚀圆，腐蚀物堆积造成起泡；第二种是崩落的固体装机造成镀层开裂和剥落。

使用激光熔覆技术，通过激光加热将不锈钢粉末熔覆在27SiMn立柱基体表面，形成与立柱基体呈冶金结合的致密不锈钢涂层，可避免上述第一种原因引起的故障。且不锈钢涂层具有比铬镀层更好的韧性，不会发生大面积开裂和剥落现象。但传统的激光熔覆速率较低，熔覆后涂层粗糙度较大且光滑度较差。

发明内容

本发明针对上述带有电镀涂层的立柱易破损和传统激光熔覆方法生产的立柱涂层粗糙度较大且光滑度较差的问题，采用同轴送粉式的超高速率激光熔覆方法，提供一种使用寿命更长、涂层光滑可控、均匀致密、结合度更好的液压支架立柱。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液压支架立柱，其特征在于该液压支架立柱包括中缸、活柱、底阀和外缸，且该活柱和中缸通过下述方法制备：

（1）选择不锈钢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）将牌号为27SiMn的活柱或中缸基体固定在车床上，车削外圆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）将活柱或中缸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（不锈钢粉末汇聚点）相对基体外表面待熔覆面上方的位置，并根据具体情况设定超高速率激光熔覆工艺参数；

（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）所得的不锈钢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，得到表面平滑光亮、无凹坑和裂纹的涂层；

（6）将中缸、活柱与底阀和外缸进行装配，得到完整的液压支架立柱。

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。