專利名稱：一種具有雙金屬的復合板材的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復合板材的制造，特別是涉及一種具有雙金屬的復合板材的制造方法，本發(fā)明適用于石油、化工、冶金、航空、醫(yī)療等各行各業(yè)。
背景技術(shù)：
目前金屬板材的使用廣泛，而且大部分金屬板材在工業(yè)使用時更注重板材的表明性能，如抗高溫，抗磨損、抗腐蝕等，而對其基材內(nèi)部沒有太多的限制。但制造時往往又需要整體制造，而某些應用于科技領(lǐng)域的高質(zhì)量，高性能的金屬板材我國還不具備生產(chǎn)的實力， 多從國外進口，從而使某些具有高性能或特殊性能的板材價格較昂貴，同時也是資源的一種浪費。鑒于此種情況，目前一種方法主要是采用電鍍，噴涂等方法改變材料的表面性能， 提高材料的利用率，而電鍍，噴涂等方法屬于分子間的結(jié)合，無法形成冶金結(jié)合，結(jié)合強度差，且涂層厚度較薄，而且由氣孔率，涂層不致密；另一種方法是制造復合板材，它既具有復層材料的耐腐蝕、耐熱、耐磨損等特殊性能，基層又具有結(jié)構(gòu)要求的強度和剛度。目前復合板材的制造主要方法有，高溫燒結(jié)復合、爆炸復合、軋制復合、爆炸軋制復合等。高溫燒結(jié)主要是在基材金屬板上覆蓋一層功能材料粉末，在高溫下進行燒結(jié)，這中方法生產(chǎn)效率較低，浪費能源；爆炸復合及爆炸成型工藝是復合技術(shù)中最重要的技術(shù)，主要采用炸藥作能源進行金屬間焊接復合。該技術(shù)是以門介于金屬物理學、爆炸物理學和焊接工藝學之間的邊緣學科，對于不同金屬材料的物理和化學性能，以及炸藥的配置技術(shù)要求由非常深入的了解，因此技術(shù)門檻較高；軋制復合是采用壓力加工工藝生產(chǎn)金屬復合板的方法，由冷軋復合和熱軋復合兩種，其基本原理是將需要復合的兩種金屬按一定的配比和要求，送入軋機進行軋制，在軋機強大壓力作用下，或與熱作用相結(jié)合，使復合的兩種金屬板在整個截面上發(fā)生塑性變形，促使待復合表面變形、結(jié)晶、活化，隨之形成平面狀的冶金復合。但該方法要求具有強大壓力的軋制設備及生產(chǎn)復合板的專業(yè)技術(shù)。因此，選擇適當?shù)闹圃於嘟饘購秃习宀牡墓に?，是所屬領(lǐng)域亟待解決的課題。激光熔覆是利用具有高能密度的激光束使某種特殊性能的材料熔覆在基體材料表面與基材相互熔合。形成與基體成分和性能完全不同的合金熔覆層。利用該表面強化新技術(shù)可以有效提高金屬材料的屈服強度、硬度、疲勞強度、疲勞裂紋擴展抗力及微動磨損疲勞壽命等性能。激光成型就是利用激光反復熔覆，在基材表面制備一種新的材料，并與基體形成冶金結(jié)合的再制造技術(shù)。目前，關(guān)于利用激光熔覆成型工藝制備設備部件的專利和報道很多例如，公開號為CN101205598的中國發(fā)明專利申請給出的《一種沉沒輥軸套及其制造方法》，由不銹鋼基體1和鈷基激光熔覆層2兩部分組成，鈷基激光熔覆層2覆蓋在不銹鋼基體1之上，其制造方法，如下1.加工不銹鋼基體1 ；2.機械加工；3.激光熔覆，在不銹鋼基體1外圓上，先熔覆打底層，再熔覆功能層；激光熔覆工藝參數(shù)為激光功率3000 5000W，
3CN 光斑直徑為2 5匪，掃描速度2 10MM/S ；4.機械加工至設計尺寸。公開號為CN 1932079的中國發(fā)明專利申請給出的《一種冶金熱軋輥表面激光納米陶瓷合金化工藝》，其特征在于它包括以下工藝過程(1)機加工軋輥去掉表面疲勞層，得到所需尺寸和形狀，然后對激光將要輻照處理的一面進行研磨，去油污和適當?shù)那逑矗?2) 用酚醛樹脂粘接劑將納米碳化物陶瓷涂料混合均勻，然后均勻地涂在預處理后的軋輥表面，預涂厚度為0.01 0. 05MM，然后風干；C3)選用高功率C02激光器對軋輥外表面預涂的納米陶瓷涂料層進行快速掃描；工藝參數(shù)如下激光功率P = 1000 10000W，掃描速度V =1. 5 20M/MIN，搭接率為15 ；35%，光斑直徑為D = 0. 6 5MM。公開號為CN101457378的中國發(fā)明專利申請給出的《一種激光成型電鍍鋅線導電輥及其制造方法》，包括基體，基體表面上覆蓋有激光熔覆層，激光熔覆層的厚度為3 10MM,激光熔覆層與基體為冶金結(jié)合，所述的激光熔覆層為鎳基合金粉末層或鈷基合金粉末層或鎳基合金粉末層與鈷基合金粉末層的結(jié)合體。其的制造方法工序如下A.制作導電輥基體；B.激光熔覆中間過渡層先用橫流連續(xù)C02激光器在導電輥基體上熔覆一層鎳基合金或鈷基合金粉末打底，作為中間過渡層；經(jīng)機械加工去除表面激光熔覆氧化皮后，再用橫流連接C02激光器在中間過渡層上熔覆耐磨性和耐蝕性能較好的鎳基合金或鈷基合金粉末作為表面功能層。公開號為CN101204757的中國發(fā)明專利申請給出的《一種薄壁圓筒件的激光熔覆工藝》，其工藝參數(shù)是熔池尺寸直徑為2 5匪、掃描速度是15 40MM/S，功率2000 5000W ；按螺旋線進行熔覆；其特征在于每條螺旋線的始點按圓周分區(qū)交替進行，區(qū)域順序保持盡量大的夾角。這樣，熔覆過程中加熱時間極短，熱量輸入分布相對分散，而冷卻時間長，因此零件的變形較小?，F(xiàn)有技術(shù)給出的上述技術(shù)方案雖能利用激光熔覆成型工藝對部分設備部件進行制備處理，取得一定的技術(shù)效果。但對其他特定的設備部件，例如像雙層金屬的復合板材這樣的特定結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有激光熔覆成型工藝所提供的工藝參數(shù)已明顯不能適應。經(jīng)本申請人檢索查證采用激光熔覆成型工藝制備雙層金屬的復合管材，國內(nèi)尚無先例，國外也沒有見到相關(guān)報道。因此，尋找出適當?shù)牟捎眉す馊鄹仓苽潆p層金屬的復合板材的工藝參數(shù)，仍需所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步作出創(chuàng)造性的研究工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，通過反復研究實驗，給出了一種使用大功率激光熔覆制造雙層金屬復合板的方法。本發(fā)明給出的技術(shù)方案是這種具有雙金屬的復合板材的制造方法，其特點是在復合板材的基材表面采用激光熔覆成型的方法制造所需功能層，并通過在工裝下部加一個冷卻水箱來防止可能出現(xiàn)的變形，其工藝步驟如下1)按照設計圖要求制備工裝，通過普通的機械加工對以選定的基體材料加工，所述工裝主要包括有熔覆工作臺和冷卻水箱；2)對選定基體材料探傷(著色探傷、X光探傷、超聲波探傷、熒光探傷等無損探傷) 不允許有裂紋，氣孔等缺陷。對基材表面進行清理，使基材處于調(diào)制狀態(tài)，無油污、氧化皮等污物。
3)激光熔覆，將選定基體材料放在工作臺上，將選定基體材料通過壓力裝置平整地固定在工作臺上，使用水泵通過冷卻水箱的入水口注入冷卻水直到注滿，冷卻水箱的出水口關(guān)閉，采用熔覆性能穩(wěn)定的大功率(5000W以上)C02激光器在基材表面熔覆所需性能的高溫合金粉末，在熔覆過程中保持冷卻水保持循環(huán)，直到熔覆層厚度達到0. 5mm-5mm，熔覆完成后取下雙金屬復合板材，通過出水口更換冷卻水，其中工藝參數(shù)為功率(3000W-10000W)、速度(5-20mm/s)、搭接(l_5mm)、光斑大小4-5mm送粉量可
根據(jù)設計需要調(diào)試送粉器；高溫合金粉末化學組成(質(zhì)量百分數(shù))Wc :10-20%, C 0. 3-0. 8%, B 0. 5-. 8%, Cr :20-28%, Ni 1. 5%, Si :1_3%、Μο 5-8%, Co :1-2%, Mn :0. 4%, Fe 余量。4)通過機械加工對熔覆層表面進行處理以達到使用要求，如表面光潔度等。5)檢驗，包括硬度檢驗，尺寸檢驗，無損探傷檢驗，要求不允許由裂紋、氣孔、夾雜等缺陷。本發(fā)明通過使用熔覆性能穩(wěn)定的大功率(5000W以上)C02激光器生產(chǎn)雙金屬復合板，并可根據(jù)需要和工況的使用條件選擇基材材料，并令基材的主表面朝上，通過熔覆性能穩(wěn)定的大功率(5000W以上)C02激光器的數(shù)控裝置和送粉器在選定基材的主面上預置或同步送成分合適且適合熔覆的高溫合金粉末，并且選擇合適所選熔覆金屬粉末的工藝參數(shù)進行激光熔覆，熔覆層以與基材一起形成一種所述的符合設計要求的雙金屬復合板。該板材的作用面(及溶覆層)具有高標準的使用性能，例如抗磨損、抗高溫、耐腐蝕、抗疲勞等性能，其中對耐高溫磨損和耐沖擊性能效果最為明顯提高，能滿足更復雜工況的使用需要。本發(fā)明由于激光束的高能密度所產(chǎn)生的近似絕熱的過程，激光熔覆引起的變形小。在激光熔覆之前，使所述主表面基材上沒有氧化物并用適當?shù)募尤氡Ｗo氣體防止溶覆金屬粉末在溶覆過程中氧化；對于使用條件雙金屬板的大小和厚薄可能不一樣，對于很容易變形形狀的板材，采用在工裝下部加一個冷卻水箱的辦法來防止可能出現(xiàn)的變形。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是(1)為雙金屬板復合板材的制造提供了一種全新的制造方法。(2)降低生產(chǎn)成本維修成本，減少磨耗使設備產(chǎn)能降低及耗電增加的損失，減少工人數(shù)量，一次投資長期受益，性價比高。(3)采用激光熔覆成型工藝制造的雙金屬復合板材解決了現(xiàn)有方法制造金屬復合板材的復合層組織不致密，厚度小，結(jié)合強度差，生產(chǎn)率低，變形量大，對生產(chǎn)技術(shù)和設備要求高等問題。(4)社會效益顯著大大減少普通鋼板材料使用，科技進步帶來綜合社會效益。(5)溶覆耐磨鋼板耐磨層厚度0. 5-15mm,耐磨層硬度可以達到HRC55-65，耐磨性能是普通鋼板的13-20倍以上，是低合金鋼板性能6-12倍以上，是高鉻鑄鐵耐磨性能5-8 倍以上，耐磨性遠遠高于噴焊和熱噴涂等方法。


圖1為激光熔覆成型用工裝的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實施例方式實施例1雙金屬復合板的制造滑板基材為Q235號鋼滑板基材表面熔覆合金粉末的化學成分為(質(zhì)量百分數(shù))Wc 15%,C 0. 5%,B 0. 8%,Cr :25%、Ni :1. 5%,Si :2%、Mo :6%、Co :1. 5%,Mn 0. 4%,Fe 余量。工藝步驟如下1)按照合計圖要求制備工裝，通過普通的機械加工對以選定的基體材料加工。2)對選定基體材料探傷(著色探傷、X光探傷、超聲波探傷、熒光探傷等無損探傷) 不允許有裂紋，氣孔等缺陷。對基材表面進行清理，使基材處于調(diào)制狀態(tài)，無油污、氧化皮等污物。3)采用熔覆性能穩(wěn)定的DL-HL-5000型C02激光器在基材表面熔覆所需性能的高溫合金粉末。采用工藝為功率3000W、掃描速度8mm/s、光斑大小4mm、預置高溫合金粉末厚度1. 5mm。通過機械加工對熔覆層表面進行處理以達到使用要求，如表面光潔度等。4)檢驗，包括硬度檢驗，尺寸檢驗，無損探傷檢驗，要求不允許由裂紋、氣孔、夾雜等缺陷。激光熔覆成型過程中使用的工裝，主要包括熔覆工作臺(1)，冷卻水箱( 組成將金屬板(3)放在工作臺上，將金屬板(3)平整地通過安裝空或壓力裝置固定在工作臺(1)上，使用水泵通過入水口( 箱水箱內(nèi)注入冷卻水直到注滿，出水(4)處與關(guān)閉狀態(tài)，激光熔覆主作用面。熔覆完成后取下雙金屬復合板材，通過出水口(4)更換冷卻水。
權(quán)利要求
1.一種具有雙金屬的復合板材的制造方法，其特征在于在復合板材的基材表面采用激光熔覆成型的方法制造所需功能層金屬板，并通過在工裝下部加一個冷卻水箱來防止可能出現(xiàn)的變形，其工藝步驟如下1)按照設計圖要求制備工裝，通過普通的機械加工對以選定的基體材料加工，所述工裝主要包括有熔覆工作臺和冷卻水箱；2)對選定基體材料探傷，不允許有裂紋，氣孔缺陷，對基材表面進行清理，使基材處于調(diào)制狀態(tài)，無油污、氧化皮污物；3)激光熔覆，將選定基體材料放在工作臺上，將選定基體材料通過壓力裝置平整地固定在工作臺上，使用水泵通過冷卻水箱的入水口注入冷卻水直到注滿，冷卻水箱的出水口關(guān)閉，采用熔覆性能穩(wěn)定的大功率(5000W以上)C02激光器在基材表面熔覆所需性能的高溫合金粉末，直到熔覆層厚度達到0. 5mm-15mm，熔覆完成后取下雙金屬復合板材，通過出水口更換冷卻水，其中工藝參數(shù)為功率(5000W-10000W)、速度(5-20mm/s)、搭接(l_5mm)，高溫合金粉末化學組成 Wc :10-20 C 0. 3-0. 8 B 0. 5-0. 8 Cr :20-28 %、Ni 1. 5 Si 1-3 Mo 5-8%, Co :1-2%, Mn :0. 4%, Fe 余量；4)通過機械加工對熔覆層表面進行處理以達到使用要求；5)檢驗，包括硬度檢驗，尺寸檢驗，無損探傷檢驗，要求不允許由裂紋、氣孔、夾雜缺陷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙金屬的復合板材的制造方法，其特征在于較好的高溫合金粉末化學組成為Wc 15%, C 0. 5%, B 0. 8%, Cr 25%, Ni 1. 5%, Si 2%, Mo 6%, Co 1. 5%, Mn 0. 4%,Fe 余量。
全文摘要
一種具有雙金屬的復合板材的制造方法，其特點是在基材表面采用激光熔覆成型的方法制造所需功能層，并通過在工裝下部加冷卻水箱來防止變形，其工藝步驟為1)按照設計圖要求制備工裝，通過普通的機械加工對以選定的基體材料加工；2)對選定基體材料探傷和清理；3)激光熔覆成型；4)通過機械加工對熔覆層表面進行處理；5)檢驗，不允許有裂紋、氣孔、夾雜。本發(fā)明為雙金屬復合板材制造提供了一種新的方法，并解決了傳統(tǒng)方法制造金屬復合板材的復合層組織不致密，厚度小，結(jié)合強度差，生產(chǎn)率低，對生產(chǎn)技術(shù)和設備要求高等問題。
文檔編號B23K26/34GK102453909SQ20101052829
公開日2012年5月16日 申請日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月2日
發(fā)明者付鍵偉, 劉英順, 呂昌 申請人:沈陽大陸激光技術(shù)有限公司