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硬质合金激光熔覆

一、硬质合金涂层的技术背景及工艺需求
硬质合金涂层技术是20世纪70年代随着大功率激光器的发展而兴起的一种新的表面改性技术,是指激光表面熔覆技术是在激光束作用下将合金粉末或陶瓷粉末与基体表面迅速加热并熔化,光束移开后自激冷却形成稀释率极低,与基体材料呈冶金结合的表面涂层,从而显著改善基体表面耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的一种表面强化方法。
激光熔覆技术目前已应用于各大领域。需求量很大,包括航天航空、轨道交通、冶金石化、工程机械等。在各类钻具、截齿、轧辊、球阀、阀座和阀杆等各种易损件上,许多传统表面处理技术处理后,硬质材料易剥落,使用寿命不长。现利用激光熔覆增材制造技术,可完全避免此类问题。激光熔覆技术目前已应用各类材质。用激光熔覆强化铝合金表面,提高硬度和耐磨性,打开了铝合金作为摩擦副运动零部件的应用。激光熔覆技术替代镀硬铬工艺,解决了后者涂层与基体的结合强度弱、易脱落、环保等问题。
常用硬质合金涂层材料:铁基硬质合金,钴基耐磨合金,镍基高温合金,镍基高温合金加WC陶瓷颗粒材料作为加强项,钴基合金加WC陶瓷颗粒材料作为加强项。
二、激光熔覆硬质合金的优势
1、熔覆层晶粒细小、结构致密,能够获得较高的硬度和耐磨、抗腐蚀等性能。
2、熔覆时可对基体产生较小的热影响区,工件变形较小。
3、熔覆层与基体材料之间可实现冶金结合,且熔覆材料稀释率较低。
4、可熔覆多层,硬度和耐磨性成倍提高。
5、可以做到选择性局部细微修复,有效降低修复成本。
6、粉末材料体系适应性比较高,大多数的常规及特种金属粉末材料都可熔覆到金属零件表面。
三、硬质合金涂层材料性能测试结果
1.铁基硬质合金修复

截齿样件修复图

熔覆后的金相、硬度结果如下:

硬度曲线结果
500X熔覆层组金相组织

2.钴基耐磨合金修复

阀杆熔覆过程照片
球阀密封环修复
密封环熔覆后PT探伤无缺陷

针对阀类密封件常用钴基耐磨合金或钴基材料添入陶瓷颗粒材料进行激光熔覆。根据性能要求不同选择不同的材料配比达良好的综合性能。

阀杆金相

阀杆熔覆后硬度检测

3.铝合金材料加高比例陶瓷颗粒材料修复

铝合金摩擦副轮修复强化

4.材料工艺研发及性能测试

轧辊样件熔覆前
轧辊样件熔覆中
轧辊样件熔覆后PT探伤

单道熔敷层金相图如下所示:

多道搭接金相图如下所示:

硬度分析:

对熔敷层进行洛氏硬度及维氏显微硬度检测,数据如下:

由硬度值可以看出,硬度分布比较均匀,不存在较大的硬度拐点,晶粒分布均匀。


4)其他案例零件图片

扶正器套筒修复
钻具外壁耐磨强化
石油钻具新品耐磨带强化
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