[发明专利]一种高熵合金粉芯丝材电弧熔覆加工工艺

说明书

本发明公开了一种高熵合金粉芯丝材电弧熔覆加工工艺，包括以下步骤：1)、表面清理；2)、表面粗化处理；3)、电弧熔覆：使用粉芯为Fe‑Co‑Ni‑Mn‑Cu混合粉末的高熵合金粉芯电弧熔覆丝材进行电弧熔覆；4)、电弧重熔：利用钨极氩弧焊设备产生的电弧对电弧熔覆层加热使之熔融；本发明将电弧熔覆技术和熔化技术顺次实施,将电弧熔覆层用电弧加热,利用高温物理化学冶金过程,使表面层与基体材料实现冶金结合；对熔覆层进行重熔处理能消除喷熔覆层中的气孔和氧化物夹渣,井与金属基材产生溶解扩散冶金结合,从而大幅度提高致密性和结合强度,使熔覆层有更好的耐腐蚀、耐磨损和抗冲击性能。

技术领域

本发明涉及金属表面加工技术,尤其是提供了一种高熵合金粉芯丝材电弧熔覆增材制造加工工艺,属于金属表面材料制备及表面加工技术领域。

背景技术

随着航空航天、船舶制造、汽车制造等行业的发展，其零部件逐渐向大型化、一体化、个性化的方向发展，传统的铸造、锻造等加工工艺方法制造周期长、材料利用率低(仅10％～20％)、生产成本高，不适用于低成本、小批量、个性化的产品需求和结构多变的特点。

电弧熔覆增材制造成形技术作为增材制造技术的一种，采用金属丝材作为成形材料，以电弧为热源将材料熔化后沿成形轨迹进行沉淀从而实现零件的堆积成形，与激光增材制造、电子束增材制造相比，电弧增材制造具有设备投资少、沉淀效率高、材料利用率高、设备运行稳定、运行成本低等优点，零件力学性能可以优于铸件的，部分材料的零件力学性能可与锻件的相当；与传统铸造工艺相比，复杂结构电弧增材制造无需单独制作模具，工艺流程简单，可满足产品快速低成本制造的需求，因此在航空航天、船舶制造、汽车制造等大型复杂构件的成形时具有特别的意义。

发明内容

本发明提供一种高熵合金粉芯丝材电弧熔覆加工工艺，使熔覆层与基体的结合由原来的机械结合为主变为完全冶金结合,堆叠的层状组织变为致密均匀的结晶组织,消除了孔隙、氧化物等熔覆层固有缺陷。

本发明的技术解决方案主要包括工艺步骤如下：

表面清理对基体材料需熔覆处理的部位进行表面清理,可以根据表面赃物的特性选择适当的介质进行清洗,如用碱液去油,酸洗去除氧化皮等,也可以进行机械清理等。

表面粗化处理采用喷砂、机加或电拉毛等工艺进行表面粗化,处理后要求表面粗糙度为Ra12.5～100。

电弧熔覆使用高熵合金粉芯电弧熔覆丝材，基材为低碳钢，粉芯为Fe-Co-Ni-Mn-Cu粉末,直径1.6mm,压缩空气压力为0.3～ 0.8MPa，流量为3～8m³/min，设备为KUKA电弧熔覆机器人,电弧电压为20～40V,电弧电流为100～500A,按照工件的工作条件和寿命要求熔覆至0.5～3.0mm。要求熔覆层与基体结合良好,无裂纹和脱落等严重缺损。

加热重熔:利用钨极氩弧焊设备产生的电弧对电弧熔覆层加热使之熔融,重熔主要工艺参数为电弧电流60～350A,电弧电压8～25V,氩气流量5～15L/min。注意完全熔透熔覆层,配合适当的行走速度,控制基体熔化量,保证成型良好。

电弧熔覆层组织性能检测：经金相观察分析,要求耐磨性良好的电弧熔覆层主要由马氏体、残余奥氏体、贝氏体、碳化物、硼化物等组织组成,在不同的成分、组织和工艺参数条件下,熔覆层宏观硬度在HV270～830内变化。要求耐蚀性的熔覆层,多采用单相奥氏体不锈钢类型,硬度不做要求。

修整加工：表面形状和尺寸要求较高的工件,电弧熔覆处理后,可使用机加设备对熔覆部位进行修整加工,平板件可以刨铣削加工,旋转件可以车磨削加工,加工至满足技术要求。