[发明专利]一种基体表面预熔覆网状熔覆道的熔覆层裂纹抑制方法

说明书

本发明提供一种基体表面预熔覆网状熔覆道的熔覆层裂纹抑制方法，包括以下步骤：步骤一：在基体表面进行预熔覆；步骤二：在步骤一预熔覆道上部进行叠加熔覆。本发明通过在基体表面预熔覆网状熔覆道，起到了类似基体表面预加工织构及预置网状强化物的效果，可减少熔覆层残余应力，从而抑制熔覆层裂纹生成；网状熔覆道间隙形成的类织构由激光预熔覆获得，无需额外的设备，制备方便；另外预熔覆的凸起结构网状熔覆道形状一定程度可复制到叠加熔覆层表面，使最终熔覆层表面形成有规律的凹坑，形成类织构，有利于熔覆层在润滑摩擦磨损过程中储存润滑油或润滑脂，减少摩擦系数，从而提高耐磨性能。

技术领域

本发明涉及激光熔覆领域，尤其涉及一种基体表面预熔覆网状熔覆道的熔覆层裂纹抑制方法。

背景技术

激光熔覆是20世纪80年代兴起的一种先进的制造技术。该技术集快速制造技术与表面改性技术于一体，具有广阔的应用前景；但熔覆层极易产生裂纹，且其原因多元，难以控制。激光熔覆的大规模应用多受此制约，故而抑制熔覆裂纹的产生成为一个亟待解决的问题。

目前，对激光熔覆裂纹萌生与扩展的研究，多从以下三方面展开：1)对金属材料裂纹萌生与扩展的微观理论进行研究，并提出了微裂纹描述方法；2)对材料的微观组织进行观察，分析裂纹产生的机理；3)对材料的组织结构进行仿真，模拟裂纹的产生和扩展。特别是关于热裂纹的研究，诸多学者皆争鸣般地提出了许多理论、假设、判据，如凝固裂纹理论就有强度理论、回流愈合理论、液膜理论、空穴理论、综合作用理论等等。此外，裂纹的萌生判据有Pellini提出的应变判据、Prokhorov提出的应变率判据等。但是，从熔覆层裂纹萌生原因来看，覆层裂纹都是力学、冶金两种因素共同作用的产物，无论是热裂纹还是冷裂纹，其萌生和扩展也都与成形过程中的应力密不可分。

常见的抑制熔覆裂纹的措施有：1)优化工艺参数：工艺参数的选择与熔覆层的表面质量、组织、性能等密切相关，对其进行优化可有效减小熔覆层内应力，提高熔覆层的力学性能。2)优化熔覆层设计：搭接率、分层厚度增量和热胀系数是优化熔覆层设计中的几个要素，其数值的选择不仅关乎成形效率，更关乎熔覆层的表面形貌及裂纹数量。3)优化粉末组成：激光熔覆材料可分为粉末、丝棒和板条，其中粉末的应用最为广泛。激光熔覆粉末一般由自熔合金、复合合金、稀土和陶瓷颗粒组成。4)优化工艺方法：在其他条件不变的情况下，通过优化工艺方法可以对熔覆裂纹进行有效抑制。常用的工艺方法有热处理、超声振动、电磁场辅助等。

赵昌龙等(赵昌龙,刘俊,姚世航,等.表面织构对模具钢激光熔覆层性能的影响分析[J].表面技术,2021,50(6):101-108.)采用有限元数值模型，对无织构和有织构(0.8mm×0.8mm×0.5mm)H13模具钢表面进行激光熔覆Ni60A合金粉末进行对比研究，结果表明相比较于无织构熔覆模拟，预置织构熔覆模拟的平均应力值降低了大约58.56％，可大大减少熔覆层残余应力，从而抑制熔覆层裂纹，并通过试验验证了该方法的有效性。但基体表面织构的加工是一个很大的问题。

Wang Fujun等(Wang Fujun,Mao Huaidong,Zhang Dawei,et al.The crackcontrol during laser cladding by adding the stainless steel net in thecoating[J].Applied Surface Science,2009,255:8846-8854.)通过在基体表面预铺塑性相奥氏体不锈钢网达到了控制激光熔覆层裂纹的目的。在激光熔覆过程中，虽然不锈钢网上部表面会熔化，与熔覆层形成冶金结合，但不锈钢网下部与基体接触位置熔化不充分，界面成为薄弱区，从而影响了整个熔覆层与基体的结合。

上述分析表明，基体表面预加工织构或基体表面预置塑性网状结构都有助于抑制熔覆层裂纹，但现有方法又有明显的不足。并且，在使用喷头将金属粉末铺放在基体表面时，通常喷头与激光束之间的间距较近，导致喷头中温度较高导致部分金属粉末在喷头中融化，易造成喷头堵塞。

因此，有必要提供一种新的基体表面预熔覆网状熔覆道的熔覆层裂纹抑制方法解决上述技术问题。