一种截齿激光植入增材的方法技术

本申请涉及激光植入技术领域，公开了一种截齿激光植入增材的方法。本申请对激光植入工艺参数进行优化选择，使其能够在陶瓷材料高体积分数的前提下，通过控制界面反应条件，从工艺角度改善了高体积分数陶瓷材料形成的耐磨层容易开裂的现象，从而为使复合材料大比例使用陶瓷材料奠定基础。用陶瓷材料奠定基础。

【技术实现步骤摘要】
一种截齿激光植入增材的方法


[0001]本申请涉及激光植入
，尤其涉及一种截齿激光植入增材的方法。

技术介绍

[0002]在钢铁、冶金、模具等领域，磨损是造成材料损失和能源浪费的主要原因之一。随着现代工业的高速发展，在许多恶劣工况下，单纯的钢铁金属材料已无法满足使用要求。陶瓷颗粒增强金属基复合材料具有高强度、高硬度和高耐磨性等优点，是解决复杂恶劣工况材料失效问题的有效途径之一。
[0003]目前，在金属基体上制备耐磨材料层的主要工艺有表面堆焊、离子注入、喷涂、激光熔覆等，较于传统的堆焊、喷涂等工艺，激光熔覆技术具有能量高，稀释率低，热影响区小的特点，受到广泛认可。作为与激光熔覆技术同源的激光植入(laser melt injection)技术，其工艺过程中金属基体熔化而陶瓷颗粒基本不熔化，陶瓷颗粒不经激光直接照射，陶瓷增强颗粒以固态形式进入熔池，在液态金属快速冷却的条件下，颗粒被“冻结”在熔池中，形成颗粒增强耐磨复合材料层，示意图见图1。激光植入技术在控制开裂和颗粒熔化方面具有独到优势，是制备颗粒增强耐磨复合材料层的理想方法。
[0004]陶瓷增强相具有高硬度、高强度和高弹性模量等优异性能，常见陶瓷包括碳化物陶瓷，氧化物陶瓷，氮化物陶瓷以及复合陶瓷等，其中碳化钨陶瓷因其各方面综合性能均较好，故作为增强相在工业领域被广泛应用。虽然随着陶瓷材料比例不断增大，复合材料的硬度和耐磨性能够得到提升，但是由于热膨胀系数差异导致热应力积累，致使耐磨层发生开裂现象。
[0005]Ye等采用铸渗法制备了不同体积分数的V8C7增强Fe基复合材料，随着增强相体积分数的增加，复合材料的硬度呈增大趋势，而冲击韧性由8.1J/cm2降至4.7J/cm2，当增强相体积分数低于24％时，耐磨性随V8C7含量增加而增强，而当体积分数超过24％时，颗粒的破碎和微裂纹的产生导致耐磨性下降。张宁等采用复合电冶熔铸工艺制备了WC/5CrNiMo复合材料，随着WC含量的增加，复合材料的硬度和耐磨性均呈增大趋势，但韧性呈下降趋势，导致在三体冲击磨损条件下的耐磨性远远低于二体摩擦磨损。
[0006]从以上研究的结果来看，陶瓷颗粒增强金属基复合材料能够显著提高基体硬度，一定程度上提高耐磨性。但是，随着陶瓷颗粒比例的增加，复合材料形成的耐磨层容易开裂。本申请根据前期的研究内容，将陶瓷复合材料应用于激光植入技术中，以期通过激光植入工艺对截齿进行增材，提高其耐磨性并改善开裂的情形。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本申请的目的在于提供一种截齿激光植入增材的方法，使陶瓷复合材料中陶瓷材料在高体积分数的前提下，改善截齿表面耐磨层开裂情形并具有较高的硬度。
[0008]为了解决上述技术问题/达到上述目的或者至少部分地解决上述技术问题/达到上述目的，本申请提供了一种截齿激光植入增材的方法，包括：
[0009]步骤1、截齿增材表面进行前处理；陶瓷复合材料干燥，其中陶瓷复合材料中的陶瓷材料体积分数≥50％；
[0010]步骤2、前处理后的截齿和陶瓷复合材料经激光植入工艺制备表面耐磨强化层；其中，所述激光植入参数为：
[0011]激光功率密度为200
‑
400W/mm2，激光扫描速度为0.4
‑
1.5m/min，光斑直径2
‑
5mm，送粉头和截齿增材表面夹角为35
‑
55
°
，送粉头至截齿增材表面直线距离4
‑
8mm。
[0012]可选地，所述前处理为将截齿增材表面打磨干净，使母材完全裸露；再用酒精或丙酮清洗打磨区域，使其完全洁净；所述陶瓷复合材料经过酒精清洗后干燥，烘干温度120
‑
200℃。
[0013]可选地，所述激光功率密度为290
‑
400W/mm2；在本申请某些实施方式中，所述激光功率密度可具体选自200W/mm2、290W/mm2、320W/mm2、350W/mm2或400W/mm2。
[0014]可选地，所述激光扫描速度为1.3
‑
1.5m/min；在本申请某些实施方式中，所述激光扫描速度可具体选自0.4m/min、0.6m/min、0.8m/min、1.0m/min、1.3m/min或1.5m/min。
[0015]可选地，所述光斑直径为3
‑
4mm；在本申请某些实施方式中，所述光斑直径可具体选自2mm、3mm、4mm或5mm。
[0016]可选地，所述送粉头和截齿增材表面夹角为40
‑
50
°
；在本申请某些实施方式中，所述送粉头和截齿增材表面夹角为35
°
、40
°
、45
°
、50
°
或55
°
。
[0017]可选地，所述送粉头至截齿增材熔池直线距离4mm、5mm、6mm、7mm或8mm。
[0018]可选地，本申请所述方法中激光植入参数还包括送粉量为1.5
‑
3.6g/min；在本申请某些实施方式中，所述送粉量为1.5g/min、2.0g/min、2.4g/min、3.0g/min或3.6g/min。
[0019]可选地，所述陶瓷复合材料包括陶瓷材料和金属材料，或由陶瓷材料和金属材料组成；其中，所述陶瓷材料选自碳化物、氮化物、氧化物和硼化物中的一种或两种以上；在本申请某些实施方式中，所述陶瓷材料选自碳化物或氧化物。
[0020]在本申请某些实施方式中，所述陶瓷复合材料的粒径在(40
‑
150)μm
±
5μm；可选地，所述粒径为40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm或150μm。
[0021]本申请陶瓷复合材料中的金属材料为铝基金属材料、铁基金属材料、镍基金属材料或钛基金属材料；
[0022]其中，可选地，所述铝基金属材料为纯铝和/或铝合金；在本申请某些实施方式中，铝合金为AlSi10Mg铝合金；在本申请另外一些实施方式中，所述AlSi10Mg铝合金具有表1所示化学成分：
[0023]表1AlSi10Mg铝合金化学成分(wt％)
[0024] FeMgMnCuSiAlAlSi10Mg0.14
‑
0.550.40
‑
0.45≤0.01≤0.0510
‑
11Bal.(余量)
[0025]可选地，所述铁基金属材料为纯铁和/或铁合金；在本申请某些实施方式中，所述铁合金为0Cr18Ni9铁合金(简称304)或Q235钢；在本申请另外一些实施方式中，所述0Cr18Ni9铁合金具有表2所示化学成分：
[0026]表2 0Cr18Ni9铁合金化学成分(wt％)
[0027] CCrNiMnSiFe
0Cr1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种截齿激光植入增材的方法，其特征在于，包括：步骤1、截齿增材表面进行前处理；陶瓷复合材料干燥，其中陶瓷复合材料中的陶瓷材料体积分数≥50％；步骤2、前处理后的截齿和陶瓷复合材料经激光植入工艺制备表面耐磨强化层；其中，所述激光植入参数为：激光功率密度为200
‑
400W/mm2，激光扫描速度为0.4
‑
1.5m/min，光斑直径2
‑
5mm，送粉头和截齿增材表面夹角为35
‑
55
°
，送粉头至截齿增材熔池直线距离4
‑
8mm。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述激光功率密度为290
‑
400W/mm2。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述激光扫描速度为1.3
‑
1.5m/min。4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述送粉头和截齿增材表面夹角为40
‑
50...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：恒普宁波激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：