[发明专利]一种碳钢表面激光熔覆非晶合金涂层的方法

摘要

本发明涉及一种碳钢表面激光熔覆非晶合金涂层的方法，在激光焊机上采用激光熔覆的方法，对碳素钢板进行增强处理，先对碳素钢表面进行喷砂处理，预置锆镍铝铜混合粉，用激光束对其表面进行熔覆，激光束按计算机程序设置的轨迹曲线进行全方位照射，使非晶合金粉末熔解固化在碳素钢表面，形成非晶合金层，大幅度提高了碳素钢表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性，表面硬度比处理前可提高4倍，耐磨性提高4倍，耐腐蚀性提高1000%，此增强方法工艺先进，数据翔实精确，工艺流程短，容易实现，安全稳定可靠，熔覆层牢固，不易脱落，是理想的碳素钢板表面增强方法。

主权项

1.一种碳钢表面激光熔覆非晶合金涂层的方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：碳素钢板、锆粉、铝粉、镍粉、铜粉、氩气、无水乙醇，其组合准备用量如下：以克、毫升、厘米³、毫米为计量单位碳钢表面激光熔覆非晶合金涂层方法如下：（1）精选化学物质材料对使用的化学物质材料要进行精选，并进行精度、纯度控制：（2）表面处理碳素钢板①打磨修整碳素钢板表面各部，确定工作表面，使各边垂直；②在喷砂机上用石英砂喷砂粗化处理碳素钢板工作面，表面粗糙度为R_a2.5-5.0μm；③用无水乙醇擦洗碳素钢板工作面，擦洗后晾干；（3）球磨、干燥处理涂层材料①用球磨机分别研磨锆粉、铝粉、镍粉、铜粉，并用200目筛网分别过筛，成细粉，细粉颗粒直径≤0.075mm；②合金粉混合：将研磨的锆、铝、镍、铜粉按582：30.8：101：48.3的质量比置于容器中混合，搅拌均匀，再用球磨机将混合粉研磨，用400目筛网过筛，细颗粒直径≤0.040mm；③将研磨后的锆镍铝铜混合粉置于烘干箱内干燥，干燥温度110℃，干燥时间240min；（4）在Q235板表面激光熔覆锆镍铝铜混合粉①将碳素钢板置于激光焊机的三坐标工作台上，调整好X、Y、Z坐标距离，并固定；②将激光头对准碳素钢板，调整激光束聚焦距离，激光器联结氩气导管、氩气瓶；③将锆镍铝铜混合粉置于碳素钢板上，混合粉厚度1mm；④开启氩气瓶，氩气压力为0.8～1.0kgf/cm²，氩气输入速度为10cm³/min；⑤熔覆混合粉：激光发生器送光，激光头在碳素钢板上对混合粉进行熔覆，用30%搭接率连续扫面，氩气跟随激光头输入扫面，扫面时间3min；⑥扫描后冷却固化，自然冷却至25℃；激光束辐照碳素钢板表面的合金涂层轨迹由计算机程序控制并完成，程序由G代码编制；激光束照射固熔参数：激光器：CO₂气体激光器激光波长：10.6μm激光束输出功率：3300W光斑直径：3mm正离焦量：+20mm激光束照射固熔温度：1200-1500℃扫描速度：600mm/min扫描时间：3min瞬时固熔时间：0.02s激光束扫描照射固熔后，在碳素钢板工作表面形成熔覆层，即：ZrNiAlCu非晶涂层，熔覆后非晶涂层厚度为0.6mm，表面呈黄褐色；（5）碳素钢板冷却后，用砂纸打磨非晶涂层表面，表面粗糙度为R_a0.63-1.25μm；（8）清洗碳素钢板，用无水乙醇进行清洗，清洗后晾干；（9）检测、分析、表征对激光重熔后的碳钢板合金层表面进行形貌、显微硬度、XRD物相、耐腐蚀性进行分析和表征；用金相显微镜、扫描电镜对熔覆层表面形貌进行观察分析；用显微硬度仪对熔覆层表面进行测试分析；用XRD分析仪对熔覆层进行物相分析；用电化学腐蚀试验仪对熔覆层表面进行腐蚀性能检测分析；结论：碳素钢板与非晶熔覆层达到冶金结合；熔覆层由晶体与非晶体组成，其中非晶体体积分数达到55%；显微硬度：由基体的232.2HV升至828.7HV，表面硬度可提高4倍，耐磨性提高4倍；电化学腐蚀：腐蚀电流由基体的2.261E-5A/cm²升高到2.142E-6A/cm²，耐腐蚀性提高1000%。