一种激光包覆焊接高熵合金AlCoCrFeNi/27SiMn钢复合层及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种激光包覆焊接高熵合金AlCoCrFeNi/27SiMn钢复合层的制备方法，包括以下步骤：1）配制高熵合金AlCoCrFeNi原料，将原料放入熔炼炉，采用抽气系统将真空度抽至5×10

A kind of laser cladding welding high entropy alloy alcocrfeni / 27SiMn Steel composite layer and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种激光包覆焊接高熵合金AlCoCrFeNi/27SiMn钢复合层及其制备方法
本专利技术涉及焊接领域，尤其是一种高熵合金AlCoCrFeNi/27SiMn钢复合层及其制备方法。
技术介绍
液压支架立柱的工况条件苛刻，主要是在重载、振动、冲击、摩擦和介质腐蚀等条件下工作。此外，整体设备处于粉尘、水汽及有害气体的包围中，润滑条件差。液压支架立柱的主要失效形式是腐蚀与磨损，因此立柱的表面处理技术是影响液压支架使用寿命的关键因素。第一代立柱表面处理技术为电镀铬与化学镀技术，不仅会产生含重金属离子的电镀废水和各类酸雾废气，对操作工人的健康危害极大，环境污染十分严重，影响立柱使用寿命，增加液压支架整体维护成本，严重则将危及液压支架产品的使用安全性。第二代立柱表面处理技术为等离子喷涂与激光熔覆技术，采用合金粉末作为原材料，粉末制作存在成本高、周期长等一系列的缺点，且粉末加工容易出现气孔、裂纹等缺陷，热加工过程易产生残余应力，此外生产过程中，空气中悬浮颗粒物会增多，对操作工人的健康危害很大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种激光包覆焊技术来修复液压支架：用激光焊接代替激光熔覆，薄板带材代替合金粉末，对液压支架立柱表面进行修复。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种激光包覆焊接高熵合金AlCoCrFeNi/27SiMn钢复合层的制备方法，包括以下步骤：步骤一，配制高熵合金AlCoCrFeNi原料，将高熵合金AlCoCrFeNi原料放入熔炼炉，采用抽气系统将真空度抽至5×10-3Pa以内，随后关闭抽气系统并充入氩气直到压力为0.01atm后关闭充气系统，重复抽充气操作三次以上，以确保炉内的高真空度；步骤二，将熔炼电弧枪调节至高熵合金AlCoCrFeNi原料正上方，保证枪尖距离原料3~4mm，打开电源，开始熔炼；电弧保持3~5分钟，关闭电源，让高熵合金AlCoCrFeNi原料在循环水冷坩埚内自然冷却；将高熵合金AlCoCrFeNi原料翻面，继续熔炼；步骤三，将熔炼出的高熵合金AlCoCrFeNi加工成为金属薄片，将金属薄片覆盖在27SiMn钢圆柱筒上，采用激光焊接对金属薄片和圆柱筒进行多道搭接焊；步骤四，对金属薄片进行挤压，使金属薄片与圆柱筒贴合，进行缩径、熔合，直至金属薄片和圆柱筒之间产生熔合结界，制得高熵合金AlCoCrFeNi/27SiMn钢复合层。作为改进，在步骤一中，高熵合金AlCoCrFeNi中各物质的摩尔比为1:1:1:1:1。作为改进，在步骤二中，熔炼的次数为5~6次，每次5~8分钟。作为改进，在步骤三中，激光焊接的激光功率采用600W，速度采用1.6m/min。该条件下通过激光包覆焊接制备出的复合层表面较为平整，结构致密。作为改进，在步骤四中，缩径的步骤为：用缩径模具挤压金属薄片，使金属薄片厚度小于圆柱筒厚度0.2~0.3mm。作为改进，在步骤四中，熔合的步骤为：将整个金属薄片加热至400~500℃，然后从金属薄片的一端开始施加压力至40~45MPa直至金属薄片的另一端，完成熔合。作为改进，在步骤四中，熔合的步骤为：将金属薄片的一端加热至400~500℃、同时施加压力至40~45MPa，逐步实施上述操作至金属薄片的另一端，完成熔合。作为改进，还包括步骤五：表面硬化：对高熵合金AlCoCrFeNi/27SiMn钢复合层表面进行氮化处理；参数为：温度为380~400℃，氮化3~4小时，保温5~6小时；作为改进，还包括步骤六：抛光：对高熵合金AlCoCrFeNi/27SiMn钢复合层外圆进行抛光，抛光时间为15~20min。本专利技术还提供一种激光包覆焊接制备高熵合金AlCoCrFeNi/27SiMn钢复合层，根据以上制备方法制得。本专利技术的有益效果在于：本专利技术采用激光包覆焊接的方法制备高熵合金AlCoCrFeNi/27SiMn钢复合层，获得了表面成形良好，均匀致密的焊接组织，是为激光焊接高熵合金复合层领域进行了初步的探索。本专利技术制得的复合层的屈服应力大于高熵合金AlCoCrFeNi母材。复合层的摩擦系数小于高熵合金AlCoCrFeNi母材，磨损量也小于高熵合金AlCoCrFeNi母材和27SiMn钢基体，复合层的耐磨性能更加优异。复合层的自腐蚀电位大于高熵合金AlCoCrFeNi母材和27SiMn钢基体且其自腐蚀电流密度最小，复合层的耐腐蚀性更加优异。附图说明图1为不同激光焊接参数下复合层屈服应力图:（a）激光功率,（b）焊接速度；图2为不同参数下复合层磨损量对比图:（a）激光功率,（b）焊接速度。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作详细说明。一种激光包覆焊接制备高熵合金AlCoCrFeNi/27SiMn钢复合层的制备方法，包括以下步骤：步骤一：选用纯度为99.99wt.%粒状块体金属，按照合金设计的原子比，以合金总质量100g作为标准，选用处理好的各元素金属粒作为原料，使用精度可达到小数点后4位的分析天平依次称取各元素所需质量，具体质量见表1；表1高熵合金AlCoCrFeNi的组成成分原料放入坩埚后，使真空电弧熔炼炉保持密闭，使用机械泵进行预抽至20Pa，然后用分子泵抽真空到炉内气压为5×10-3Pa以内，关闭分子泵，充入高纯气体Ar，直到压力为0.01atm，关闭充气系统，重复上述操作三次以确保炉内的高真空度。步骤二：确保循环水冷却系统和动力系统正常运行，将熔炼电弧枪调节至原料所在的坩埚正上方，保证枪尖距离原料约3mm，打开电源，开始熔炼。通过控制电弧枪摇杆来确保原料始终在电弧的熔炼范围内以及调节熔炼电流的大小，使要熔炼的原料充分熔化，电弧保持一段时间，关闭电源，使之在循环水冷坩埚内自然冷却。使用设备配备的翻转勺将原料翻面，继续熔炼，如果想要获得成分均匀的高熵合金铸锭，每个试样熔炼次数为5次，每次5分钟。步骤三：使用线切割机将熔炼出高熵合金AlCoCrFeNi圆饼状铸锭加工成为1mm金属薄片。将金属薄片覆盖在27SiMn钢圆柱筒进行激光焊接，进行多道搭接焊；27SiMn钢圆柱筒的尺寸为：外径为100mm、内径为90mm，高为195mm。步骤四：对金属薄片进行挤压，使金属薄片与圆柱筒贴合，进行缩径，使金属薄片厚度小于圆柱筒厚度0.2mm；然后进行熔合，将金属薄片的一端加热至400~500℃、同时施加压力至40~45MPa，逐步实施上述操作至金属薄片的另一端，直至金属薄片和圆柱筒之间产生熔合结界，制得高熵合金AlCoCrFeNi/27SiMn钢复合层。步骤五：表面硬化：对高熵合金AlCoCrFeNi/27SiMn钢复合层表面进行氮化处理；参数为：温度为380℃，氮化3小时，保温5小时。步骤六：抛光：对高熵合金AlCoCrFeNi/27SiMn钢复合层外圆进行抛光15min。对激光包覆焊接制备高熵合金AlCoCrFeNi/27Si本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光包覆焊接高熵合金AlCoCrFeNi/27SiMn钢复合层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤一，配制高熵合金AlCoCrFeNi原料，将高熵合金AlCoCrFeNi原料放入熔炼炉，采用抽气系统将真空度抽至5×10

【技术特征摘要】
1.一种激光包覆焊接高熵合金AlCoCrFeNi/27SiMn钢复合层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，配制高熵合金AlCoCrFeNi原料，将高熵合金AlCoCrFeNi原料放入熔炼炉，采用抽气系统将真空度抽至5×10-3Pa以内，随后关闭抽气系统并充入氩气直到压力为0.01atm后关闭充气系统，重复抽充气操作三次以上；
步骤二，将熔炼电弧枪调节至高熵合金AlCoCrFeNi原料正上方，保证枪尖距离原料3~4mm，打开电源，开始熔炼；电弧保持3~5分钟，关闭电源，让高熵合金AlCoCrFeNi原料在循环水冷坩埚内自然冷却；将高熵合金AlCoCrFeNi原料翻面，继续熔炼；
步骤三，将熔炼出的高熵合金AlCoCrFeNi加工成为金属薄片，将金属薄片覆盖在27SiMn钢圆柱筒上，采用激光焊接对金属薄片和圆柱筒进行多道搭接焊；
步骤四，对金属薄片进行挤压，使金属薄片与圆柱筒贴合，进行缩径、熔合，直至金属薄片和圆柱筒之间产生熔合结界，制得高熵合金AlCoCrFeNi/27SiMn钢复合层。


2.根据权利要求1所述的激光包覆焊接高熵合金AlCoCrFeNi/27SiMn钢复合层的制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述高熵合金AlCoCrFeNi中各物质的摩尔比为1:1:1:1:1。


3.根据权利要求1所述的激光包覆焊接高熵合金AlCoCrFeNi/27SiMn钢复合层的制备方法，其特征在于：在步骤二中，所述熔炼的次数为5~6次，每次5~8分钟。


4.根据权利要求1所述的激光包覆焊接高熵合金AlCoCrFeNi/27SiMn钢复合层的制备方法，其特征在于：在步骤三中，所述激光焊接的激光功率采用600W，速度采用1.6m/min。...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐杰，樊宇，方荣超，张许阳，陈则阳，张军，王俊阳，储玲玉，高翰林，孟家曦，张令欣，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32