專利名稱：一種鋼基表面激光釬焊熔覆銅合金層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼基表面激光釬焊熔覆銅合金層的方法，屬金屬表面增強(qiáng)改性的 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在有色金屬合金中，銅合金具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、優(yōu)良的減摩性和耐磨性，具有 很高的彈性極限和疲勞極限及良好的加工性能，而且對(duì)大氣和水的抗蝕能力很高，因此，銅 合金在航空航天、電子工業(yè)、儀表工業(yè)、造船工業(yè)及機(jī)械制造工業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。銅合金具有很多的優(yōu)點(diǎn)，但銅的儲(chǔ)量較小，價(jià)格昂貴，屬于應(yīng)節(jié)約使用的材料，只 有在特別需要的情況下，如要求有特殊的磁性、耐蝕性、加工性能、力學(xué)性能等條件下，才考 慮使用。錫青銅在造船、化工、機(jī)械、儀表等工業(yè)中廣泛應(yīng)用，主要制造軸承、軸套等耐磨零 件以及抗蝕、抗磁零件等，大多數(shù)銅合金零件整體成型，成本較高，也較浪費(fèi)，使銅合金的應(yīng) 用受到很大限制，因此，選擇廉價(jià)的鋼材料作基材、銅合金作覆層的復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生。目前，在金屬表面制備銅合金復(fù)合涂層的方法有多種，例如表面燒結(jié)、表面噴涂、 表面電鍍、表面機(jī)械處理等，雖然應(yīng)用于不同的技術(shù)領(lǐng)域，但也存在諸多弊端，例如涂層不 均勻、結(jié)合強(qiáng)度低、易脫落，有的工藝復(fù)雜，成本高，均不夠理想，有待進(jìn)一步探討和研究。
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的就是針對(duì)背景技術(shù)的不足，在鋼基表面激光釬焊熔覆銅基合金粉 末，形成銅合金層，以提高零件表面的力學(xué)性能，以節(jié)約銅及銅合金，降低成本。技術(shù)方案本發(fā)明使用的化學(xué)物質(zhì)材料為碳鋼、銅粉、錫粉、鉛粉、磷粉、硼砂、無(wú)水乙醇、氬 氣、石英砂，其量值如下以克、毫升、厘米3、毫米為計(jì)量單位碳鋼FeΦ 130 X 160mm銅粉Cu1300g士 IOg錫粉Sn80 士 Ig鉛粉Pb20g 士 O.lg磷粉P20g士0. Ig硼砂Na2B4O7· IOH2O 400g士 IOg無(wú)水乙醇C2H6O3000ml 士 IOml氬氣Ar 100000cm3 士 IOOcm3石英砂Φ0·1πιπι2000g士50g鋼基表面激光釬焊熔覆銅基合金層的方法如下(1)精選化學(xué)物質(zhì)材料
對(duì)使用的化學(xué)物質(zhì)材料要進(jìn)行精選，并進(jìn)行精度、質(zhì)量純度控制碳鋼固態(tài)固體含鐵量99%銅粉固態(tài)粉體99.9%錫粉固態(tài)粉體99.9%鉛粉固態(tài)粉體99.9%磷粉固態(tài)粉體99.9%硼砂固態(tài)粉體95%無(wú)水乙醇液態(tài)液體99.7%氬氣氣態(tài)氣體 99.9%石英砂固體顆粒(2)粗車碳鋼在車床上粗車碳鋼表面，粗糙度RaO. 63-1. 25 μ m，車外圓、搪內(nèi)孔， 成Φ 120 X Φ 80 X 150mm,圓環(huán)狀；(3)石英砂噴砂粗化碳鋼表面，用2000g石英砂在噴砂機(jī)內(nèi)噴砂粗化，圓環(huán)碳鋼表 面粗糙度為Ra2. 5-5. Oym；(4)用超聲波清洗圓環(huán)碳鋼表面，加入無(wú)水乙醇1000ml，超聲清洗lOmin，晾干備 用；(5)球磨、干燥處理銅合金粉、硼砂粉①用球磨機(jī)分別研磨銅粉、錫粉、鉛粉、磷粉、硼砂粉，并用250目篩網(wǎng)分別過(guò)篩， 球磨過(guò)篩反復(fù)進(jìn)行，成細(xì)粉，細(xì)粉粒徑< 0. 094mm ；②合金粉混合稱取球磨后的銅粉1200g、錫粉70g、鉛粉10g、磷粉5g、硼砂粉 350g，置于不銹鋼容器中混合，用攪拌器攪拌均勻，成銅合金粉+硼砂粉混合細(xì)粉；③將銅合金粉+硼砂粉混合粉置于石英產(chǎn)物舟中，然后置于干燥箱內(nèi)干燥，干燥 溫度 80°C 士2°C，干燥時(shí)間 120min士5min ；(6)在送粉器內(nèi)置放銅合金粉+硼砂粉混合粉①在20°C 士2°C下，用漏斗將銅合金粉+硼砂粉混合粉加入激光機(jī)的送粉器內(nèi)；②調(diào)節(jié)送粉器，使送粉器達(dá)到預(yù)送粉狀態(tài)；(7)在激光機(jī)上，激光束掃描照射，同步送粉，表面合金化①將圓環(huán)碳鋼夾于激光機(jī)的三爪卡盤上，并用尾座頂緊，調(diào)整同心度，使前后同 心，并固定；②將氬氣管與送粉器相連；③將激光頭調(diào)至起始位置，調(diào)整激光頭垂直距離，為正離焦量IOmm ；④調(diào)整送粉器送粉頭和激光束的相對(duì)位置，成45度角，其延長(zhǎng)線與激光束相交；⑤開啟送粉載氣氬氣，氬氣流速為40cm7min，將送粉器打開，氬氣載粉量為15g/ min ；⑥開啟激光器，激光器產(chǎn)生激光束通過(guò)光柵傳至反射鏡，反射鏡折射后垂直傳至 聚焦鏡，聚焦后產(chǎn)生激光束，垂直對(duì)準(zhǔn)圓環(huán)鋼表面；⑦激光束對(duì)準(zhǔn)圓環(huán)鋼上的銅合金粉+硼砂粉混合粉，按編輯程序軌跡曲線進(jìn)行照 射固熔；激光束照射軌跡，按圓環(huán)鋼設(shè)置成順時(shí)針螺旋軌跡曲線；
圓環(huán)鋼裝卡后按順時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度2. 5r/min，起始點(diǎn)為A，終止點(diǎn)為 B，形成單旋向單線螺紋軌跡，螺旋升角為1° 25'；激光束熔覆圓環(huán)鋼表面的合金涂層軌跡由計(jì)算機(jī)程序控制并完成，程序由G代碼 編制；G代碼程序G04 1000M92GOl X150 YO ZO A27000 F279M91MO2激光束照射固熔參數(shù)激光器C02氣體激光器激光波長(zhǎng)10·6μπι激光束輸出功率2000W光斑直徑3_正離焦量10mm激光束照射固熔溫度1200-1500°C激光束照射固熔線速度300mm/min激光束照射固熔時(shí)間50min士2min激光束掃描照射固熔后，在圓環(huán)鋼表面形成銅合金層，固熔后合金層厚度為 0. 5mm，表面呈褐紅色；硼砂在激光熔覆過(guò)程中蒸發(fā)；在激光束照射固熔過(guò)程中將進(jìn)行合金化反應(yīng)，反應(yīng)式如下
1200-15000C
Fe+Cu+Sn+Pb+P+Na2B407 - Fe+CuSnPbP+NaBOH t
Ar/50min式中CuSnPbP 銅錫鉛磷合金(8)激光固熔后圓環(huán)鋼及熔覆層自然冷卻至20°C 士2°C ；(9)圓環(huán)鋼冷卻后，用300號(hào)砂紙打磨合金層表面，表面粗糙度為 RaO. 63-1. 25ym ；(10)超聲清洗合金化后的圓環(huán)鋼表面，在超聲清洗器中加入無(wú)水乙醇IOOOml進(jìn) 行超聲清洗，然后晾干；(11)真空高溫?zé)崽幚韺⒓す忖F焊熔覆銅基合金層的圓環(huán)鋼置于真空熱處理爐中，抽取爐內(nèi)真空，使?fàn)t內(nèi)真空度恒定在1.5Pa，開啟加熱器，溫度升至600°C 士 5 °C，在此溫度恒溫保溫 ISOmin士2min，去除在激光熔覆釬焊過(guò)程中工件內(nèi)殘留的內(nèi)應(yīng)力，使銅合金層組織結(jié)構(gòu)更 加緊密牢固；(12)檢測(cè)、分析、表征
對(duì)激光熔覆后的鋼基銅合金層的金相組織、界面形貌、顯微硬度、耐磨性、耐腐蝕 性進(jìn)行分析和表征；用電子掃描電鏡對(duì)鋼基銅合金層表面形貌及斷面結(jié)合面進(jìn)行觀察分析；用顯微硬度儀對(duì)鋼基銅合金層表面及斷面顯微硬度進(jìn)行測(cè)試分析；用磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)鋼基銅合金層表面進(jìn)行磨損試驗(yàn)；用電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)儀對(duì)鋼基銅合金層表面進(jìn)行腐蝕性能檢測(cè)分析；結(jié)論鋼基與銅合金層達(dá)到冶金結(jié)合，銅合金層厚度為0. 5mm ；顯微硬度熔覆層的平均顯微硬度為375HVa2，為鋼基體的2倍；耐磨性熔覆層的耐磨性比基體提高了 52% ；電化學(xué)腐蝕熔覆層耐腐蝕性比基體提高了 45% ；(13)儲(chǔ)存包裝對(duì)制備的激光釬焊熔覆的鋼基銅合金層圓環(huán)鋼試件用軟質(zhì)材料包裝，儲(chǔ)存于陰 涼、干燥、潔凈環(huán)境，要防水、防潮、防酸堿鹽侵蝕，儲(chǔ)存溫度20士2°C，相對(duì)濕度< 10%。所述的圓環(huán)鋼表面激光釬焊熔覆銅合金層，是在激光機(jī)上進(jìn)行的，在機(jī)座1上設(shè) 置坐標(biāo)工作臺(tái)2，在坐標(biāo)工作臺(tái)2的正面設(shè)有溫度場(chǎng)測(cè)量?jī)x3，在坐標(biāo)工作臺(tái)2的兩側(cè)對(duì)稱 設(shè)置溫度傳感器4、5，在工作平臺(tái)26上部設(shè)有三爪卡盤24并夾住圓環(huán)鋼23，后部由頂尖25 固定圓環(huán)鋼23，在坐標(biāo)工作臺(tái)2上部垂直設(shè)置激光器6，激光器6通過(guò)光柵7發(fā)出激光束， 激光束對(duì)準(zhǔn)反射鏡8，經(jīng)反射鏡8反射后垂直傳遞至聚焦鏡9，并形成激光束10 ；激光束10 垂直對(duì)準(zhǔn)圓環(huán)鋼23表面；氬氣管16聯(lián)接氬氣閥15、氬氣瓶14，氬氣管16聯(lián)接送粉器17 ； 硼砂和銅合金粉通過(guò)加粉口 18加入送粉器17，送粉器17通過(guò)導(dǎo)線33與計(jì)算機(jī)13聯(lián)接，送 粉器17上設(shè)有流量計(jì)19、控制開關(guān)20，氬氣將送粉器17內(nèi)的硼砂和銅合金粉送入送粉管 21，然后送出，對(duì)準(zhǔn)圓環(huán)鋼23表面，中間由支架22支撐；在聚焦鏡9右側(cè)面設(shè)置觀察鏡11 并聯(lián)接攝像機(jī)12，攝像機(jī)12通過(guò)導(dǎo)線31聯(lián)接計(jì)算機(jī)13并傳遞攝像信息；激光器6通過(guò)導(dǎo) 線32與計(jì)算機(jī)13聯(lián)接；溫度場(chǎng)測(cè)量?jī)x3上設(shè)有液晶顯示屏27、指示燈28、控制器29，電源 開關(guān)30。所述的鋼基表面激光釬焊熔覆銅合金層后進(jìn)行真空熱處理，真空熱處理是在真空 處理爐內(nèi)進(jìn)行的，在真空熱處理爐34下部為爐座37，爐座37上設(shè)置顯示屏38，指示燈40， 控制開關(guān)39 ；真空熱處理爐34內(nèi)下部為工件臺(tái)座36，臺(tái)座36上置放圓環(huán)鋼試件35，熱處 理爐34左部設(shè)置真空泵41、真空閥42、真空管43。所述的熔覆銅合金層粉末的配比比例為銅粉76-80%、錫粉9-10%、鉛粉4-5%、 磷粉 0. 5-1. 0%、硼砂 30-35% ο有益效果本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有明顯的先進(jìn)性，采用新的合金材料和工藝流程，在圓環(huán)鋼基表面上激光釬焊熔覆銅合金層，然后進(jìn)行真空熱處理，使鋼基層和銅合金層結(jié)合更 加緊密牢固，物理化學(xué)性能更加穩(wěn)定，力學(xué)性能得到進(jìn)一步提高；鋼基銅合金層表面光滑均 勻，具有良好的硬度、耐磨性及耐蝕性，冶金結(jié)合處不易開裂、剝落，不產(chǎn)生氣孔；采用激光 熔覆，試件變形小，熱影響區(qū)小，加工精度高，可替代銅合金整體產(chǎn)品，可直接使用；激光熔 覆速度快，效率高，穩(wěn)定性好，污染??；此激光釬焊熔覆方法，工藝先進(jìn)，參數(shù)合理，固熔層牢固，產(chǎn)品質(zhì)量好，可直接進(jìn)行工業(yè)化應(yīng)用，是十分理想的鋼基表面激光釬焊熔覆銅合金層的 方法，此方法也可在平面零件、多邊形零件及多種異形非標(biāo)準(zhǔn)零件上進(jìn)行熔覆。
圖1為圓環(huán)鋼基表面激光釬焊熔覆銅基合金層狀態(tài)2為圓環(huán)鋼基表面激光束聚焦掃描軌跡3為圓環(huán)鋼基試件表面激光掃描后表面形貌4為圓環(huán)鋼基試件圖3的E-E剖面5為圓環(huán)鋼基熔覆銅合金層后真空熱處理狀態(tài)6為圓環(huán)鋼基表面熔覆銅合金層后橫切面金相組織結(jié)構(gòu)7為圓環(huán)鋼基表面熔覆銅合金層后橫切面熔合狀態(tài)8為圓環(huán)鋼基表面熔覆銅合金層后顯微硬度分布中所示，附圖標(biāo)記清單如下1、機(jī)座，2、坐標(biāo)工作臺(tái)，3、溫度場(chǎng)測(cè)量?jī)x，4、溫度傳感器，5、溫度傳感器，6、激光 器，7、光柵，8、反射鏡，9、聚焦鏡，10、激光束，11、觀察鏡，12、攝像機(jī)，13、計(jì)算機(jī)，14、氬氣 瓶，15、氬氣閥，16、氬氣管，17、送粉器，18、加粉口，19、流量計(jì)，20、控制開關(guān)，21、送粉管22、 支架，23、低碳鋼圓環(huán)，24、三爪卡盤，25、尾座頂尖，26、工作平臺(tái)，27、液晶顯示屏，28、指示 燈，29、控制器，30、電源開關(guān)，31、導(dǎo)線，32、導(dǎo)線，33、導(dǎo)線，34、真空熱處理爐，35、圓環(huán)鋼試 件，36、工件臺(tái)座，37、爐座，38、顯示屏，39、控制開關(guān)，40、指示燈，41、真空泵，42真空閥，43、 真空管。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明；圖1所示，為圓環(huán)鋼基表面激光釬焊熔覆銅合金層狀態(tài)圖，在激光機(jī)上，圓環(huán)鋼要 夾緊頂牢，前后同心，并勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)激光照射，逆時(shí)針回程冷卻。載氣氬氣與送粉器配合使用，使送粉均勻。激光束與圓環(huán)鋼同步平行移動(dòng)，以使照射均勻，防止堆焊。激光束功率要保持一致，量值合理適中，激光照射按程序控制，按螺旋升角勻速轉(zhuǎn) 動(dòng)，照射圓環(huán)鋼，為單一起點(diǎn)和終點(diǎn)。工藝中使用的化學(xué)物質(zhì)材料是按圓環(huán)鋼的表面積合金層的深度計(jì)算設(shè)置的，以 克、毫升、厘米3為計(jì)量單位。對(duì)于矩形、多邊形零件及異形非標(biāo)準(zhǔn)零件也可在激光機(jī)上釬焊熔覆合金層。圖2、3、4所示為圓環(huán)鋼表面激光釬焊熔覆銅合金層軌跡、剖面結(jié)構(gòu)圖，是圓環(huán)鋼 在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)下形成的激光束照射軌跡，A為照射起始點(diǎn)、B為終止點(diǎn)，螺旋軌跡由計(jì)算機(jī)程 序按螺旋升角控制形成。圖5所示，為圓環(huán)鋼熔覆銅合金層后真空熱處理狀態(tài)圖，在真空度為1. 5Pa,溫度 為60(TC 士5°C狀態(tài)下進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，使合金層與鋼基結(jié)合更加緊密，改善合金層力學(xué)性 能。圖6、7所示，為碳鋼基層與銅合金層橫切面金相組織圖，圖中可見鋼基與銅合金層結(jié)合緊密，層次清晰，熔合在一起。 圖8所示，為銅合金層顯微硬度圖，圖中可知鋼基表面熔覆銅合金層后，合金層的平均顯微硬度達(dá)375HVa2，明顯高于基體的180HV。.2。
權(quán)利要求
一種激光釬焊熔覆制備銅基復(fù)合涂層的方法，其特征在于使用的化學(xué)物質(zhì)材料為碳鋼、銅粉、錫粉、鉛粉、磷粉、硼砂、無(wú)水乙醇、氬氣、石英砂，其量值如下以克、毫升、厘米3、毫米為計(jì)量單位碳鋼Fe φ130×160mm銅粉Cu1300g±10g錫粉Sn80±1g鉛粉Pb20g±0.1g磷粉P 20g±0.1g硼砂Na2B4O7·10H2O400g±10g無(wú)水乙醇C2H6O 3000ml±10ml氬氣Ar100000cm3±100cm3石英砂φ0.1mm 2000g±50g鋼基表面激光釬焊熔覆銅基合金層的方法如下(1)精選化學(xué)物質(zhì)材料對(duì)使用的化學(xué)物質(zhì)材料要進(jìn)行精選，并進(jìn)行精度、質(zhì)量純度控制碳鋼固態(tài)固體 含鐵量99％銅粉固態(tài)粉體 99.9％錫粉固態(tài)粉體 99.9％鉛粉固態(tài)粉體 99.9％磷粉固態(tài)粉體 99.9％硼砂固態(tài)粉體 95％無(wú)水乙醇液態(tài)液體 99.7％氬氣氣態(tài)氣體 99.9％石英砂固體顆粒(2)粗車碳鋼在車床上粗車碳鋼表面，粗糙度Ra0.63-1.25μm，車外圓、搪內(nèi)孔，成φ120×φ80×150mm，圓環(huán)狀；(3)石英砂噴砂粗化碳鋼表面，用2000g石英砂在噴砂機(jī)內(nèi)噴砂粗化，圓環(huán)碳鋼表面粗糙度為Ra2.5-5.0μm；(4)用超聲波清洗圓環(huán)碳鋼表面，加入無(wú)水乙醇1000ml，超聲清洗10min，晾干備用；(5)球磨、干燥處理銅合金粉、硼砂粉①用球磨機(jī)分別研磨銅粉、錫粉、鉛粉、磷粉、硼砂粉，并用250目篩網(wǎng)分別過(guò)篩，球磨過(guò)篩反復(fù)進(jìn)行，成細(xì)粉，細(xì)粉粒徑≤0.094mm；②合金粉混合稱取球磨后的銅粉1200g、錫粉70g、鉛粉10g、磷粉5g、硼砂粉350g，置于不銹鋼容器中混合，用攪拌器攪拌均勻，成銅合金粉+硼砂粉混合細(xì)粉；③將銅合金粉+硼砂粉混合粉置于石英產(chǎn)物舟中，然后置于干燥箱內(nèi)干燥，干燥溫度80℃±2℃，干燥時(shí)間120min±5min；(6)在送粉器內(nèi)置放銅合金粉+硼砂粉混合粉①在20℃±2℃下，用漏斗將銅合金粉+硼砂粉混合粉加入激光機(jī)的送粉器內(nèi)；②調(diào)節(jié)送粉器，使送粉器達(dá)到預(yù)送粉狀態(tài)；(7)在激光機(jī)上，激光束掃描照射，同步送粉，表面合金化①將圓環(huán)碳鋼夾于激光機(jī)的三爪卡盤上，并用尾座頂緊，調(diào)整同心度，使前后同心，并固定；②將氬氣管與送粉器相連；③將激光頭調(diào)至起始位置，調(diào)整激光頭垂直距離，為正離焦量10mm；④調(diào)整送粉器送粉頭和激光束的相對(duì)位置，成45度角，其延長(zhǎng)線與激光束相交；⑤開啟送粉載氣氬氣，氬氣流速為40cm3/min，將送粉器打開，氬氣載粉量為15g/min；⑥開啟激光器，激光器產(chǎn)生激光束通過(guò)光柵傳至反射鏡，反射鏡折射后垂直傳至聚焦鏡，聚焦后產(chǎn)生激光束，垂直對(duì)準(zhǔn)圓環(huán)鋼表面；⑦激光束對(duì)準(zhǔn)圓環(huán)鋼上的銅合金粉+硼砂粉混合粉，按編輯程序軌跡曲線進(jìn)行照射固熔；激光束照射軌跡，按圓環(huán)鋼設(shè)置成順時(shí)針螺旋軌跡曲線；圓環(huán)鋼裝卡后按順時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度2.5r/min，起始點(diǎn)為A，終止點(diǎn)為B，形成單旋向單線螺紋軌跡，螺旋升角為1°25′；激光束熔覆圓環(huán)鋼表面的合金涂層軌跡由計(jì)算機(jī)程序控制并完成，程序由G代碼編制；G代碼程序G041000M92G01X150Y0Z0A27000F279M91M02激光束照射固熔參數(shù)激光器CO2氣體激光器激光波長(zhǎng)10.6μm激光束輸出功率2000W光斑直徑3mm正離焦量10mm激光束照射固熔溫度1200-1500℃激光束照射固熔線速度300mm/min激光束照射固熔時(shí)間50min±2min激光束掃描照射固熔后，在圓環(huán)鋼表面形成銅合金層，固熔后合金層厚度為0.5mm，表面呈褐紅色；硼砂在激光熔覆過(guò)程中蒸發(fā)；在激光束照射固熔過(guò)程中將進(jìn)行合金化反應(yīng)，反應(yīng)式如下式中CuSnPbP銅錫鉛磷合金(8)激光固熔后圓環(huán)鋼及熔覆層自然冷卻至20℃±2℃；(9)圓環(huán)鋼冷卻后，用300號(hào)砂紙打磨合金層表面，表面粗糙度為Ra0.63-1.25μm；(10)超聲清洗合金化后的圓環(huán)鋼表面，在超聲清洗器中加入無(wú)水乙醇1000ml進(jìn)行超聲清洗，然后晾干；(11)真空高溫?zé)崽幚韺⒓す忖F焊熔覆銅基合金層的圓環(huán)鋼置于真空熱處理爐中，抽取爐內(nèi)真空，使?fàn)t內(nèi)真空度恒定在1.5Pa，開啟加熱器，溫度升至600℃±5℃，在此溫度恒溫保溫180min±2min，去除在激光熔覆釬焊過(guò)程中工件內(nèi)殘留的內(nèi)應(yīng)力，使銅合金層組織結(jié)構(gòu)更加緊密牢固；(12)檢測(cè)、分析、表征對(duì)激光熔覆后的鋼基銅合金層的金相組織、界面形貌、顯微硬度、耐磨性、耐腐蝕性進(jìn)行分析和表征；用電子掃描電鏡對(duì)鋼基銅合金層表面形貌及斷面結(jié)合面進(jìn)行觀察分析；用顯微硬度儀對(duì)鋼基銅合金層表面及斷面顯微硬度進(jìn)行測(cè)試分析；用磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)鋼基銅合金層表面進(jìn)行磨損試驗(yàn)；用電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)儀對(duì)鋼基銅合金層表面進(jìn)行腐蝕性能檢測(cè)分析；結(jié)論鋼基與銅合金層達(dá)到冶金結(jié)合，銅合金層厚度為0.5mm；顯微硬度熔覆層的平均顯微硬度為375HV0.2，為鋼基體的2倍；耐磨性熔覆層的耐磨性比基體提高了52％；電化學(xué)腐蝕熔覆層耐腐蝕性比基體提高了45％；(13)儲(chǔ)存包裝對(duì)制備的激光釬焊熔覆的鋼基銅合金層圓環(huán)鋼試件用軟質(zhì)材料包裝，儲(chǔ)存于陰涼、干燥、潔凈環(huán)境，要防水、防潮、防酸堿鹽侵蝕，儲(chǔ)存溫度20±2℃，相對(duì)濕度≤10％。FSA00000064597500041.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光鋼基表面激光釬焊熔覆銅合金層的方法，其特征 在于所述的圓環(huán)鋼表面激光釬焊熔覆銅合金層，是在激光機(jī)上進(jìn)行的，在機(jī)座(1)上設(shè)置 坐標(biāo)工作臺(tái)(2)，在坐標(biāo)工作臺(tái)(2)的正面設(shè)有溫度場(chǎng)測(cè)量?jī)x(3)，在坐標(biāo)工作臺(tái)(2)的兩 側(cè)對(duì)稱設(shè)置溫度傳感器(4)、(5)，在工作平臺(tái)(26)上部設(shè)有三爪卡盤(24)并夾住圓環(huán)鋼 (23)，后部由頂尖(25)固定圓環(huán)鋼(23)，在坐標(biāo)工作臺(tái)(2)上部垂直設(shè)置激光器(6)，激光 器(6)通過(guò)光柵(7)發(fā)出激光束，激光束對(duì)準(zhǔn)反射鏡(8)，經(jīng)反射鏡(8)反射后垂直傳遞至 聚焦鏡(9)，并形成激光束(10)；激光束(10)垂直對(duì)準(zhǔn)圓環(huán)鋼(23)表面；氬氣管(16)聯(lián)接 氬氣閥(15)、氬氣瓶(14)，氬氣管(16)聯(lián)接送粉器(17)；硼砂和銅合金粉通過(guò)加粉口(18) 加入送粉器(17)，送粉器(17)通過(guò)導(dǎo)線(33)與計(jì)算機(jī)(13)聯(lián)接，送粉器(17)上設(shè)有流 量計(jì)(19)、控制開關(guān)(20)，氬氣將送粉器(17)內(nèi)的硼砂和銅合金粉送入送粉管(21)，然后 送出，對(duì)準(zhǔn)圓環(huán)鋼(23)表面，中間由支架(22)支撐；在聚焦鏡(9)右側(cè)面設(shè)置觀察鏡(11) 并聯(lián)接攝像機(jī)(12)，攝像機(jī)(12)通過(guò)導(dǎo)線(31)聯(lián)接計(jì)算機(jī)(13)并傳遞攝像信息；激光器 (6)通過(guò)導(dǎo)線(32)與計(jì)算機(jī)(13)聯(lián)接；溫度場(chǎng)測(cè)量?jī)x(3)上設(shè)有液晶顯示屏(27)、指示燈 (28)、控制器(29)，電源開關(guān)(30)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光釬焊熔覆制備銅基復(fù)合涂層的方法，其特征在于 所述的鋼基表面激光釬焊熔覆銅合金層后進(jìn)行真空熱處理，真空熱處理是在真空處理爐內(nèi)進(jìn)行的，在真空熱處理爐(34)內(nèi)下部為爐座(37)，爐座(37)上設(shè)置顯示屏(38)，指示燈 (40)，控制開關(guān)(39)；真空熱處理爐(34)內(nèi)下部工件臺(tái)座(36)，臺(tái)座(36)上置放圓環(huán)鋼試 件(35)，熱處理爐左部設(shè)置真空泵(41)、真空閥(42)、真空管(43)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼基表面激光釬焊熔覆銅合金層的方法，其特征在于 熔覆劑為硼砂粉，硼砂粉在1200-1500°C熔覆過(guò)程中蒸發(fā)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼基表面激光釬焊熔覆銅合金層的方法，其特征在于 熔覆銅合金層粉末的配比比例為銅粉76-80%、錫粉9 10%、鉛粉4 5%、磷粉0. 5 1. 0%、硼砂 30 35%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋼基表面激光釬焊熔覆銅合金層的方法，在激光機(jī)上采用氬氣送粉+激光釬焊熔覆+真空熱處理的方法，對(duì)鋼基表面進(jìn)行激光釬焊熔覆銅合金層，采用激光機(jī)先對(duì)鋼基表面進(jìn)行重熔固化，激光束按計(jì)算機(jī)程序設(shè)置圓環(huán)鋼的軌跡曲線進(jìn)行全方位照射，使銅合金粉+硼砂粉熔解固化在鋼基表面，形成銅合金層，銅合金層厚度為0.5mm，其平均顯微硬度為375HV0.2，為鋼基體的2倍，耐磨性比基體提高了52.8％，耐腐蝕性比基體提高了45.3％，此方法工藝先進(jìn)，參數(shù)合理，固熔層金相組織緊密牢固，不易脫落，可對(duì)多種型面的鋼基表面進(jìn)行釬焊熔覆合金層，此方法可在多種型面和異性非標(biāo)準(zhǔn)型面上進(jìn)行熔覆合金層，以大幅度提高鋼基表面的性能。
文檔編號(hào)C22F1/08GK101805903SQ201010146950
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月12日
發(fā)明者劉旭, 崔澤琴, 張紅霞, 曹國(guó)光, 王文先, 許并社 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)