[发明专利]铜及铜合金表面激光熔覆制备耐磨耐蚀合金涂层的工艺及合金涂层

说明书

本发明提供一种激光熔覆增材制造技术领域，公开一种铜及铜合金表面激光熔覆制备耐磨耐蚀合金涂层的工艺及合金涂层，按摩尔质量百分比进行粉体材料配制打底层粉体材料和表层粉体材料，并在铜及铜合金表面采用半导体激光器依次分别激光熔覆打底层和表层粉体材料，激光光斑采用两束圆形激光光斑，送粉喷嘴与第一激光束进行复合，组成同轴送粉方式；第二激光束置于前端并在工件表面形成椭圆形光斑投影，前端预热铜合金表面，其后端与第一激光束形成的小圆形光斑形成复合能场进行熔覆加工。本发明可有效实现涂层界面的冶金结合，显著提高涂层耐磨性能和延长部件更换周期，同时达到抑制高温高湿工作环境的氧化性侵蚀。

技术领域

本发明涉及激光熔覆增材制造技术领域，具体而言涉及一种铜及铜合金表面激光熔覆制备耐磨耐蚀合金涂层的工艺，适用于连轧连铸铜板结晶器、铝板轧制铜轧辊等其他铜及铜合金部件的表面防护及再制造。

背景技术

铜及铜合金具有良好的导热性，常被用于制备导热部件，结晶器就是其的一个重要应用。结晶器是连铸工艺的核心设备，结晶器铜板的表面质量，直接影响着连铸生产的稳定性。连铸生产工艺是现代钢铁工业的核心工艺之一，而结晶器作为连铸从液态钢水到凝固成固态坯壳重要导热部件，是连铸工艺的心脏设备。其基本功能是利用冷却水通过水冷铜板间接带走钢水中热量，使钢水在结晶器内连续地形成具有一定厚度和一定强度的坯壳。在生产过程中，结晶器铜板要不断地经受高温、高压和强磨擦的冲击，工作环境极其恶劣。因此，结晶器铜板表面性能的好坏直接影响到连铸工艺的产品质量、生产效率和生产成本。此外，对于铝板轧制铜轧辊表面同样有着磨损失效的问题。

目前，铜和铜合金表面强化技术主要有电镀、复合镀和热喷涂。但目前的强化技术尚存在着以下主要问题：强化层耐磨性较差，铜结晶器表面寿命较低；涂层与铜基体之间未形成冶金结合，涂层易脱落。而普通激光熔覆在铜和铜合金表面制备耐磨涂层的难度依然较大，且工艺过程控制不稳定

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的冶金行业连轧连铸生产线铜板结晶器、铜轧辊存在严重磨损的问题，提出一种铜及铜合金表面激光熔覆制备耐磨耐蚀合金涂层的工艺，有效实现涂层界面的冶金结合，显著提高涂层耐磨性能和延长部件更换周期，同时达到抑制高温高湿工作环境的氧化性侵蚀。

为达成上述目的，本发明提出一种铜及铜合金表面激光熔覆制备耐磨耐蚀合金涂层的工艺，包括以下步骤：

步骤1、按摩尔质量百分比进行粉体材料配制：①打底层粉体材料成分配比：C-0.03%，B-1.1%，Si-2.0%，Fe-1.5%，Cu-25.0%，Cr-2.5%，Ni-bal；②表层粉体材料成分配比：C-0.05%，Cr-19.32%，B-0.98%，Si-0.89%，Mn-0.16%，Mo-0.3%，Ni-2.58%，Co-0.15%，V-0.04%，Fe-bal；

步骤2、配制的粉体材料和待加工的铜及铜合金表面进行预处理；

步骤3、在铜及铜合金表面采用半导体激光器依次分别激光熔覆打底层和表层粉体材料，其中：激光光斑采用两束圆形激光光斑，送粉喷嘴与第一激光束进行复合，组成同轴送粉方式，使得在工件表面所形成同轴送粉粉末汇聚区位于第一激光束在工件表面形成的小圆形光斑区域中心；第二激光束置于第一激光束的前端并在工件表面形成椭圆形光斑投影，其中在熔覆方向上，椭圆形光斑投影的前端预热铜合金表面，其后端与第一激光束形成的小圆形光斑形成复合能场，对工件表面的同轴送粉粉末汇聚区内的粉体材料进行熔覆加工。

优选地，所述步骤3中，椭圆形光斑投影的短轴直径大于小圆形光斑的直径。

优选地，第一激光束与第二激光束所组成的平面与工件表面垂直面呈8°夹角，第一激光束与垂直方向呈5°夹角，第二激光束与第一激光束在同一平面内呈45°—50°夹角固定，两激光束在工件表面的作用点和圆辊形工件截面圆心的连线与穿过圆心的垂直轴线夹角6°。

优选地，在步骤3的激光熔覆过程中，采用的工艺参数如下：