[发明专利]一种复合钢板及基于超声震荡辅助激光熔覆后选择诱导形核制备复合钢板的方法

说明书

本发明涉及一种复合钢板及基于超声震荡辅助激光熔覆后选择诱导形核制备复合钢板的方法，属于复合钢板制备技术领域。为解决现有复合钢板容易出现交界处界面脱开、失效的问题，本发明提供了一种基于超声震荡辅助激光熔覆后选择诱导形核制备复合钢板的方法，以铁素体不锈钢为基材并对其表面进行激光熔覆，在超声振荡条件下向熔池区域添加诱导形核剂，控制表层熔池区域过冷度为‑85℃，然后使表层熔池区域在诱导形核剂作用下形核并生成奥氏体相，表层熔池凝固后获得以铁素体不锈钢为基层、含有奥氏体相的不锈钢为覆层的复合钢板。本发明通过选择诱导形核改进基材表层奥氏体相的占比，属于本体改性，避免了复合钢板连接处的开脱问题和失效风险。

技术领域

本发明属于复合钢板制备技术领域，尤其涉及一种复合钢板及基于超声震荡辅助激光熔覆后选择诱导形核制备复合钢板的方法。

背景技术

复合钢板是指两种以上钢材复合而成的钢板，因同时具有不同钢种的特性而具有广泛的应用前景。常规复合钢板的制造方法为爆炸焊接或金属熔覆等方式，爆炸焊接容易使基材受损，且爆炸过程存在一定的危险因素和污染。常规复合钢板的制造方法在复合过程中容易因交界处过热而产生M₂₃C₆脆化相，导致复合界面复合不紧密；基材产生过热现象还容易使融合线处基材晶粒粗大、组织老化、强度和韧性降低；因覆材和基材存在成分差异，导致覆材与基材因金属融合性不好而存在覆层脱落的风险；由于覆材和基材两侧热胀系数差异大，又无明显融合过渡区域，导致其易在高温使用环境下失效，这些因素都容易导致复合钢板交界处界面出现脱开的问题。

常规复合方式除存在上述缺陷外，其质量还受到基材钢板表面加工粗糙度、复合过程熔敷和爆炸过程热输入大小和冷却过程的诸多因素影响，导致复合交界处易产生失效问题，限制了复合钢板性能的进一步提升。

近些年大面积激光熔覆方式引入复合钢板制造领域，激光熔覆属于表面增材制造范畴，虽然能够实现钢板表面材质的转变，但仍属于异种钢连接过程。激光熔覆常规的诱导形核剂Pt和Pd均为贵金属，成本高；因元素稳定性较好，不易增加周围液相区的形核动力；另外其润湿性较差，与待形核铁素体基体晶格结构差异过大，不易形核。同时诱导形核剂的添加过程为纳米级粉末注入熔池，不能够保证熔池中添加形核剂后弥散的均匀性，如形核不均匀，容易在冷却过程中出现孔洞和开裂，导致熔覆层性能不均匀和失效风险。

发明内容

为解决现有复合钢板容易出现交界处界面脱开、失效的问题，本发明提供了一种复合钢板及基于超声震荡辅助激光熔覆后选择诱导形核制备复合钢板的方法。

本发明的技术方案：

一种基于超声震荡辅助激光熔覆后选择诱导形核制备复合钢板的方法，以铁素体不锈钢为基材，惰性气体保护下采用激光熔覆设备对基材表面进行激光熔覆，在超声振荡条件下向激光熔覆所得铁素体不锈钢表层熔池区域添加诱导形核剂，控制表层熔池区域过冷度△T＝-85℃，然后使表层熔池区域在诱导形核剂作用下形核并生成奥氏体相，表层熔池凝固后获得以铁素体不锈钢为基层、含有奥氏体相的不锈钢为覆层的复合钢板。

进一步的，通过控制形核剂添加量控制奥氏体形核转变量，获得的含有奥氏体相的不锈钢覆层中奥氏体相占比为50～100％。

进一步的，通过控制形核剂添加量控制奥氏体形核转变量，获得的含有奥氏体相的不锈钢覆层中奥氏体相占比为50％。

进一步的，通过控制形核剂添加量控制奥氏体形核转变量，获得的含有奥氏体相的不锈钢覆层中奥氏体相占比为100％。

进一步的，所述激光熔覆的参数为光纤激光器发射波长范围1070～1090mm、激光功率3000W、扫描速度10mm/s、光斑直径2mm。

进一步的，所述超声振荡频率为20～50kHz。

进一步的，所述惰性气体的气体流量为1.2L/min。