一種金屬表面噴涂復(fù)合涂層的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬材料熱處理工藝，尤其涉及一種金屬材料表面強(qiáng)化處理工
-H-
O
【背景技術(shù)】
[0002]爆炸噴涂技術(shù)誕生于上世紀(jì)50年代，由美國(guó)普萊克斯表面技術(shù)公司(原美國(guó)聯(lián)合碳化物公司林德分公司)的科研人員發(fā)明了該技術(shù)，簡(jiǎn)稱為D-GUN。爆炸噴涂技術(shù)屬于熱噴涂技術(shù)中的一種。在爆炸噴涂技術(shù)發(fā)明之前，由于傳統(tǒng)熱噴涂工藝制備的涂層結(jié)合強(qiáng)度低、孔隙率過高，導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)并沒有采用熱噴涂工藝制備相關(guān)的涂層。正是由于爆炸噴涂技術(shù)的出現(xiàn)，極大的促進(jìn)了包括等離子噴涂等其他熱噴涂工藝在航空航天及核工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用。爆炸噴涂工藝流程包括工件表面預(yù)處理、工件預(yù)熱、噴涂以及涂層后處理。工件表面預(yù)處理包括凈化處理以及粗化處理。工件表面粗化處理最常采用的方法是噴砂。噴砂處理的目的主要包括:1.使工件表面得到凈化，從而提高涂層結(jié)合強(qiáng)度；2.使工件表面粗化，增大涂層與基體間的接觸面積，有助于提高基體與涂層顆粒間的機(jī)械鉚合力，從而提高涂層結(jié)合強(qiáng)度；3.在工件表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，可以改善涂層殘余應(yīng)力的分布，有助于提高涂層基體間結(jié)合強(qiáng)度。然而噴砂處理過程中，砂?？赡軙?huì)嵌入工件基體表面，對(duì)涂層與基體間的結(jié)合強(qiáng)度造成不利影響。此外，噴砂粗化處理可能造成表面尖銳性缺口導(dǎo)致基材的疲勞性能顯著下降。
[0003]激光燒蝕技術(shù)通常采用短脈沖的Nd: YAG激光器產(chǎn)生的脈沖激光輻照在基體表面上，使基體表面的淺層迅速氣化，通過控制激光燒蝕處理的工藝參數(shù)可以獲得大量有利于提高涂層與基體機(jī)械鉚合力的錐形尖峰形貌。同時(shí)可有效避免由于噴砂粗化處理所造成基體表面尖銳性缺口并最終導(dǎo)致基材疲勞性能顯著下降的現(xiàn)象。此外，短脈沖激光輻照過程中產(chǎn)生的等離子體對(duì)基體施加了類似機(jī)械噴丸的效果，在基體表面產(chǎn)生對(duì)提高涂層結(jié)合強(qiáng)度有利的殘余壓應(yīng)力。另外，相關(guān)研宄表明激光燒蝕對(duì)基材表面存在有益的物理改性之外還存在有益的化學(xué)改性作用，物理和化學(xué)改性作用共同使得涂層結(jié)合力進(jìn)一步提升。
[0004]激光重熔技術(shù)是一種采用近于聚焦的激光束輻照在材料表面使之熔化，然后依靠熱傳導(dǎo)快速冷卻凝固，在材料表面形成與基體相互熔合的、具有相同或不同成分，但性能完全不同的改性層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是要提供一種金屬表面噴涂復(fù)合涂層的組合工藝，通過將爆炸噴涂工藝與兩種激光熱處理工藝復(fù)合起來，即能有效地提高涂層與基體的結(jié)合力，又可進(jìn)一步提高涂層的耐腐蝕耐磨損等性能。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]一種金屬表面噴涂復(fù)合涂層的工藝，其步驟包括:
[0008]a、金屬表面凈化處理；
[0009]b、對(duì)金屬表面進(jìn)行激光燒灼處理；
[0010]C、對(duì)金屬表面進(jìn)行爆炸噴涂處理，制備復(fù)合涂層；
[0011]d、采用半導(dǎo)體激光器對(duì)金屬表面由爆炸噴涂工藝制備的復(fù)合涂層進(jìn)行激光重熔處理。
[0012]進(jìn)一步的，所述的激光燒灼處理采用短脈沖Nd:YAG，激光波長(zhǎng)為1064nm，功率80W，頻率為10Hz，激光脈沖數(shù)量為10-250個(gè)；
[0013]所述的激光重熔處理的工藝參數(shù)為:激光光斑:3mm直徑的圓形光斑，激光功率:800W-2500W，激光掃描速度:400-1000mm/min，多道次激光掃描搭接率:10% -30%。
[0014]所述的爆炸噴涂處理的材料選用平均粒徑為30-100微米的金屬?gòu)?qiáng)化復(fù)合材料混合粉，氧氣流量:42L/min，乙炔氣流量:38L/min，氮?dú)饬髁?30L/min，氧氣乙炔氣比例為
1.1,爆炸頻率:5次/s,噴涂距離:150mm，涂層厚度為0.05?0.3mm ;所述的金屬?gòu)?qiáng)化復(fù)合材料混合粉為平均粒徑為30-60微米WC-12% Co機(jī)械混合粉或平均粒徑為30-60微米的Cr3C2和NiCr機(jī)械混合粉或平均粒徑約為40-80微米的Al 203粉和80-100微米的Ni60粉的機(jī)械混合粉。
[0015]本發(fā)明中將爆炸噴涂工藝與兩種激光熱處理工藝(激光燒蝕、激光重熔)復(fù)合起來，采用激光燒蝕替代傳統(tǒng)噴砂預(yù)處理工藝，可以有效減少涂層基體間夾雜物，獲得大量有利于提高涂層與基體機(jī)械鉚合力的錐形尖峰形貌，有效避免由于噴砂粗化處理所造成基體表面尖銳性缺口并最終導(dǎo)致基材疲勞性能顯著下降的現(xiàn)象，可以對(duì)基體表面產(chǎn)生有助提高涂層結(jié)合力的化學(xué)改性作用。
[0016]爆炸噴涂制備所得涂層存在一定的孔隙，且涂層與基體間的界面結(jié)合以機(jī)械結(jié)合為主。通過對(duì)爆炸噴涂涂層進(jìn)行激光重熔，可以有效降低涂層的孔隙率，改善涂層微觀組織，提高涂層的顯微硬度，有效提高涂層致密度，減少涂層中的微裂紋；促使涂層與基體的界面結(jié)合由機(jī)械結(jié)合轉(zhuǎn)為冶金結(jié)合，從而進(jìn)一步提高涂層的耐磨耐腐蝕等性能。
【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。
[0018]圖1為本發(fā)明金屬表面噴涂復(fù)合涂層工藝的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]圖1示出了本發(fā)明的金屬表面噴涂復(fù)合涂層的工藝，步驟包括:
[0020]a、金屬表面凈化處理；
[0021]b、對(duì)金屬表面進(jìn)行激光燒灼處理；
[0022]C、對(duì)金屬表面進(jìn)行爆炸噴涂處理，制備復(fù)合涂層；
[0023]d、采用半導(dǎo)體激光器對(duì)金屬表面由爆炸噴涂工藝制備的復(fù)合涂層進(jìn)行激光重熔處理。
[0024]通過具體實(shí)施例的參數(shù)詳細(xì)介紹如下:
[0025]實(shí)施例1:
[0026](I)將待噴涂45#鋼試樣表面用丙酮清晰凈化處理后，采用短脈沖Nd = YAG對(duì)45#鋼表面進(jìn)行激光燒蝕處理。其中激光波長(zhǎng)為1064nm，功率80W，頻率為10HZ，激光脈沖數(shù)量為 10-250 個(gè)。
[0027](2)將45#鋼試樣預(yù)熱后，在試樣表面進(jìn)行爆炸噴涂制備WC-12% Co涂層。爆炸噴涂工藝參數(shù)為:噴涂材料選用平均粒徑為30-60微米WC-12% Co機(jī)械混合粉，氧氣流量:42L/min，乙炔氣流量:38L/min，氮?dú)饬髁?30L/min，氧氣乙炔氣比例為1.1,爆炸頻率:5次/S，噴涂距離:150mm，涂層厚度為0.05?0.3mm。
[0028](3)采用半導(dǎo)體激光器對(duì)45#鋼試樣表面由爆炸噴涂工藝制備的WC-12% Co涂層進(jìn)行激光重熔處理。激光重熔工藝參數(shù)為:激光光斑:3_