[发明专利]用于铝青铜表面激光熔覆的材料及激光熔覆方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术。

背景技术

激光是上世纪60年代发现的新光源，具有能量高、聚光性好等特点。激光熔覆技术正是基于以上特点而开发的一种新颖的表面改性技术。近年来随着大功率激光机的出现，激光熔覆技术也受到越来越多的关注，但主要集中在黑色金属以及铝合金、钛合金等基体上，在铜合金上激光熔覆的仍然很少，在铝青铜上激光熔覆的还未发现，但铝青铜合金良好的摩擦性能、耐腐蚀、易塑性加工等性能，致使其在现代工业中的应用也越来越广泛。如被广泛应用于机械、飞机和汽车制造业、船舶和海洋工业、家电、冶金、采矿、石化工业、铁道和机车工程以及建筑工业等高应力条件下工作的耐磨件。但随着工业发展，传统的铝青铜合金已经不能满足在部分行业中应用的要求，对铝青铜材料的性能提出了更高的要求。为了进一步扩大铝青铜合金的应用范围，就必须进一步提高它的强度和耐磨性。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于铝青铜表面激光熔覆的材料及激光熔覆方法。

本发明是一种用于铝青铜表面激光熔覆的材料及激光熔覆方法，按重量百分比计量其成分为：Cu 25.0～35.0％，Cr 11.5～14.5％，Zr 2.0～3.0％，B 2.5～3.5％，Si 2.5～3.0％，Fe 5.5～6.5％，余量为Ni，以上材料均为100～300目的粉末。

本发明的激光熔覆方法，按以上所述的合金成分进行配料，将配好的原材料混合均匀后，根据激光熔覆的面积，以每平方毫米0.02g～0.08g称取合金粉末，用丙烯酸树脂将合金粉末预置在铝青铜表面，待真空干燥(40℃～70℃)后采用压力机压实，采用激光光束进行扫描，激光熔覆时采用逐渐减小激光功率的方式对预置层进行扫描，在开始扫描时激光功率设置在800～4000W，以后每秒降低20～40W直到激光功率达到2000W，以后以2000W继续熔覆，扫描速度为6～8毫米/秒，光斑直径为4毫米。

本发明的有益效果为：其成分中的Ni、Cu是材料的基本元素与Cr、Fe、Zr等元素形成含Ni和Cu等元素的固溶体，提高材料的综合性能；Cr能固溶于Cu中起到强化作用，并显著提高材料的机械性能，并且熔覆层中的富Cr相硬度较高，有弥散强化的作用。激光熔覆是采用类似于焊接的工艺将熔覆层与基体结合在一起的，所以熔覆层与基体可以达到冶金结合。激光熔覆层由Ni、(Ni、Cu)固溶体、CrB、Cr₇C₃、Cr₂C₃等组成。熔覆层的亚表层和中部冷却速度相对较慢，所以Cr化物以网状物出现。而在靠近铝青铜基体部位杂质元素很多，加之铝青铜基体的温度低，引起这一区域过冷度很大，造成形核率很大，晶体还来不及形成网状物之前凝固已经完成，所以在这一区域的Cr化物呈细小的针状组织。由此可见，激光熔覆层的组织主要由Ni以及Ni的固溶体上分布着网状或者针状的Cr化物组成。激光熔覆层组织均匀致密，一次性熔覆完后熔覆层厚度为0.5～2mm，硬度为400～500HV_0.2。在干摩擦和润滑摩擦条件下，经过激光熔覆技术改性后的试样的摩擦磨损性能均得到提高。

具体实施方式

本发明的用于铝青铜表面激光熔覆的材料，按重量百分比计量其成分为：Cu 25.0～35.0％，Cr 11.5～14.5％，Zr 2.0～3.0％，B 2.5～3.5％，Si 2.5～3.0％，Fe 5.5～6.5％，余量为Ni，以上材料均为100～300目的粉末。

本发明的用于铝青铜表面激光熔覆方法，按以上所述合金成分进行配料后，将配好的合金粉末放入球磨罐，在球磨机里混合1～2个小时。根据激光熔覆的面积，以每平方毫米0.02g～0.08g称取混合均匀后的合金粉末，用丙烯酸树脂将合金粉末预置在铝青铜表面，待真空干燥(40℃～70℃)30～60分钟后，采用压力机压实，最后采用激光光束扫描，激光熔覆时采用逐渐减小激光功率对预置层进行扫描，整个过程采用氮气保护，气流量为6L/s，熔覆采用多道熔覆，搭接量为50％。激光熔覆参数为：激光功率刚开始3800～4000W，以后每秒降低20～40W直到为2000W，以后以2000W继续熔覆，扫描速度6～8mm/s，光斑直径4mm。激光熔覆后对表面进行机械加工制备成耐磨零配件或者完成零配件的修复。