一种窄孔壁耐磨层激光增材制备方法技术

本发明专利技术公开了一种窄孔壁耐磨层激光增材制备方法，属于窄孔壁耐磨层激光增材制备技术领域，本发明专利技术实现直径＜15mm，深度≥30mm的窄孔侧壁耐磨层激光增材制备，且耐磨层结合良好，无裂纹、未熔合、气孔等缺陷；使用本发明专利技术的工艺可实现单次孔壁2mm以上厚度，15mm以上高度耐磨层激光增材制备，冶金结合，效率高；本发明专利技术可适用于多材料耐磨层制备，不锈钢、钛合金、铝合金、铜合金，应用广泛，前景好。前景好。前景好。

【技术实现步骤摘要】
一种窄孔壁耐磨层激光增材制备方法


[0001]本专利技术属于窄孔壁耐磨层激光增材制备
，尤其涉及一种窄孔壁耐磨层激光增材制备方法。

技术介绍

[0002]在航空航天、燃气轮机、核电、新能源等行业，关键零部件服役的环境较为恶劣，对材料的耐蚀性、耐磨性及耐高温性提出了更高的要求，特别是窄孔内壁表层耐磨层的制备难度极大。一方面，传统的表面强化技术(如表面渗碳、热喷涂、等离子氮化、化学气相沉积法、燃烧合成法等)对原本基体进行改性得到的耐磨层往往由于较薄或与基体的结合力弱，难以满足高接触应力条件下工作部件的使用要求。另一方面，窄孔内壁由于直径小于15mm，深度不低于30mm，造成很难实现较大层厚(2mm以上)无裂纹、未熔合等缺陷窄孔内壁耐磨层制备。
[0003]激光增材技术的加工效率高，对基体的影响小，增材层组织微细致密、微观缺陷少、与基材有着良好冶金结合。但常规的孔内壁耐磨层激光增材制备要求孔内径均在50mm以上，如专利CN111501040B《适用于高长径比管件的内壁激光熔覆装置》提供了55mm内径以上的熔覆层制备。无法适用于直径15mm以内，深度30mm的孔内壁。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
的不足提出了一种窄孔壁耐磨层激光增材制备方法，实现直径＜15mm，深度≥30mm的窄孔侧壁耐磨层激光增材制备，且耐磨层结合良好，无裂纹、未熔合、气孔等缺陷。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0006]一种窄孔壁耐磨层激光增材制备方法，试样中心有一个直径14mm，深度30mm的通孔，其特征在于：具体包含以下步骤：
[0007]步骤一，制作一个与试样同材质的环，尺寸为厚度3.5mm，外径13.98
±
0.01mm，高度14.5mm，将环放置于试样的通孔内，环下底面与试样下底面平齐，且过盈配合；
[0008]步骤二，使用两轴变位机中心的卡盘将试样夹持住，保证孔的内壁与变位机中心的同轴度
±
0.1mm，试样的通孔中心线与竖直方向斜角度为θ；
[0009]步骤三，粉斑焦距为离送粉嘴端部距离16mm
±
2mm，粉斑大小1.5mm
±
0.5mm；
[0010]将激光熔覆头的红外光斑对准试样内孔壁最低点，送粉嘴端部距离最低点距离为17mm；
[0011]则激光熔覆头向圆心平移bcosθ＝7cos24.3
°
＝6.38mm，
[0012]竖直向下移动(h+0.5)/cos24.3
°‑
7sin24.3
°
＝17.01mm
‑
2.88mm＝14.13mm；
[0013]步骤四：将烘干的粉末放置于送粉器粉筒中；
[0014]步骤五：制备前，用丙酮或酒精擦拭试样和孔壁和环；激光增材设备为机械手或者机床式激光增材成套设备，且光斑为可变焦；激光增材轨迹为：第一层为转台转动一圈，激
光熔覆头不动；第二层至第六层为螺旋上升，转台转动一圈，
[0015]激光熔覆头向远离圆心移动x＝bcosθ/5＝7cos24.3
°
/5＝6.38mm/5＝1.28mm，
[0016]向上z＝((h+0.5)/cos24.3
°‑
7sin24.3
°
)/5＝2.83mm，
[0017]第七层为转台转动一圈，激光熔覆头不动，
[0018]按照前期的工艺参数和设置好的程序进行孔上半部耐磨层的激光增材制备；
[0019]步骤六：孔上半部制备后，使用加工中心对孔进行加工，内径加工至7mm，下半部深度加工至15.5mm，直径加工至14mm；将试样下半部底面朝上，回到步骤二执行至步骤五；
[0020]步骤七：根据试样材质进行退火热处理；
[0021]步骤八：孔下半部制备后，使用加工中心对孔进行加工，按照原上半部内径圆心统一将内径加工至9(0/0.02)mm，上下表面为平面。
[0022]步骤九：对制备好的试样耐磨层进行无损检测、尺寸检验和硬度检测。
[0023]作为本专利技术一种窄孔壁耐磨层激光增材制备方法的进一步优选方案，在步骤二中，试样的通孔中心线与竖直方向斜角度为θ，具体计算如下：
[0024]tanθ＝孔的宽度/(孔一半深度+0.5)＝b/(h+0.5)，
[0025]则试样的通孔中心线与竖直方向斜角度θ＝arc(b/(h+0.5))＝24.3
°
；
[0026]其中，h＝15mm，b＝7mm。
[0027]作为本专利技术一种窄孔壁耐磨层激光增材制备方法的进一步优选方案，在步骤三中，使用三通道或环缝通道的送粉嘴。
[0028]作为本专利技术一种窄孔壁耐磨层激光增材制备方法的进一步优选方案，在步骤四中，粉末牌号：Co基合金粉末，高强铝合金粉末，高强钛合金粉末等，粉末粒径：15
‑
53μm或53
‑
150μm。
[0029]作为本专利技术一种窄孔壁耐磨层激光增材制备方法的进一步优选方案，所述步骤七具体如下：
[0030]当试样材质为：不锈钢，退火热处理制度为：空气炉随炉至500℃
±
10℃，保温2h，空冷；
[0031]当试样材质为：铝合金，退火热处理制度为：空气炉随炉至260℃
±
10℃，保温2h，空冷；
[0032]当试样材质为：钛合金，退火热处理制度为：氩气保护炉随炉或者真空炉随炉至600℃
±
10℃，保温2h，氩气快冷；
[0033]作为本专利技术一种窄孔壁耐磨层激光增材制备方法的进一步优选方案，所述步骤九中，无损检验包括：目视检验：使用放大镜或目视耐磨层表面，无宏观裂纹、未熔合、气孔、缺肉等缺陷；
[0034]X射线检验：按照HB/Z60对耐磨层进行检验，无裂纹、未熔合、夹杂、气孔等缺陷；荧光检验：按照HB/Z61对耐磨层进行检验，无裂纹、未熔合、气孔等缺陷。
[0035]作为本专利技术一种窄孔壁耐磨层激光增材制备方法的进一步优选方案，所述步骤九中，尺寸检验为采用游标卡尺对孔内径进行测量，要求尺寸为9(0/0.02)mm。
[0036]作为本专利技术一种窄孔壁耐磨层激光增材制备方法的进一步优选方案，所述步骤九中，硬度检验为维氏硬度计对耐磨层的上端面区域进行硬度检验，要求任取不少于3点平均硬度值不低于母材的150％。
[0037]本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0038]1、本专利技术(1)实现直径＜15mm，深度≥30mm的窄孔侧壁耐磨层激光增材制备，且耐磨层结合良好，无裂纹、未熔合、气孔等缺陷；
[0039]2、使用本专利技术的工艺可实现单次孔壁2mm以上厚度，15mm以上高度耐磨层激光增材制备，冶金结合，效率高；
[0040]3、本专利技术可适本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种窄孔壁耐磨层激光增材制备方法，试样中心有一个直径14mm，深度30mm的通孔，其特征在于：具体包含以下步骤：步骤一，制作一个与试样同材质的环，尺寸为厚度3.5mm，外径13.98
±
0.01mm，高度14.5mm，将环放置于试样的通孔内，环下底面与试样下底面平齐，且过盈配合；步骤二，使用两轴变位机中心的卡盘将试样夹持住，保证孔的内壁与变位机中心的同轴度
±
0.1mm，试样的通孔中心线与竖直方向斜角度为θ；步骤三，粉斑焦距为离送粉嘴端部距离16mm
±
2mm，粉斑大小1.5mm
±
0.5mm；将激光熔覆头的红外光斑对准试样内孔壁最低点，送粉嘴端部距离最低点距离为17mm；则激光熔覆头向圆心平移bcosθ＝7cos24.3
°
＝6.38mm，竖直向下移动(h+0.5)/cos24.3
°‑
7sin24.3
°
＝17.01mm
‑
2.88mm＝14.13mm；步骤四：将烘干的粉末放置于送粉器粉筒中；步骤五：制备前，用丙酮或酒精擦拭试样和孔壁和环；激光增材设备为机械手或者机床式激光增材成套设备，且光斑为可变焦；激光增材轨迹为：第一层为转台转动一圈，激光熔覆头不动；第二层至第六层为螺旋上升，转台转动一圈，激光熔覆头向远离圆心移动x＝bcosθ/5＝7cos24.3
°
/5＝6.38mm/5＝1.28mm，向上z＝((h+0.5)/cos24.3
°‑
7sin24.3
°
)/5＝2.83mm，第七层为转台转动一圈，激光熔覆头不动，按照前期的工艺参数和设置好的程序进行孔上半部耐磨层的激光增材制备；步骤六：孔上半部制备后，使用加工中心对孔进行加工，内径加工至7mm，下半部深度加工至15.5mm，直径加工至14mm；将试样下半部底面朝上，回到步骤二执行至步骤五；步骤七：根据试样材质进行退火热处理；步骤八：孔下半部制备后，使用加工中心对孔进行加工，按照原上半部内径圆心统一将内径加工至9(0/0.02)mm，上下表面为平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：张峰，孙兵兵，周智文，庞义斌，朱鹏，高俊杰，张强，
申请(专利权)人：航发优材镇江增材制造有限公司，
类型：发明
国别省市：