專利名稱：一種在液壓支架的立柱的表面形成激光熔覆層的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在液壓支架的立柱的表面形成激光熔覆層的方法，屬于激光加工制造領域。
背景技術：
液壓支架立柱是礦山開采設備中的關鍵部件，在國內(nèi)，對于液壓支架立柱通常采用鍍鉻的方面進行表面處理，從而來防止表面的生銹以及防腐蝕。然而鍍鉻層的耐磨性較差，一般經(jīng)過I I. 5年之后，鍍鉻層就會出現(xiàn)起皮以及脫皮等現(xiàn)象，因此，乳化液就會腐蝕立柱表面，從而會影響到液壓支架的使用效果。公告號為CN101875128B的中國專利公開了一種礦用液壓支架立柱的激光熔覆方法，其通過特定的激光熔覆工藝條件來熔覆三層冶金材料，從而解決了礦用液壓支架立柱 表面的耐磨性、防腐蝕性的問題，提高了使用壽命。具體的技術方案是，在對礦用液壓支架立柱進行表面處理之后，進行預熱，然后在特定的工藝條件下，用熔覆用合金粉末材料依次鍍覆底層、中層和面層。其中，底層選用的熔覆用合金粉末材料的重量百分比為0. 1%的C、
3.2% 的 Si、0. 5% 的 Mn、10. 2% 的 Cr、8. 8% 的 Ni、0. 8% 的 Nb、0. 1% 的 B、0. 5% 的 P 和余量的Fe。公告號為CN102242361的中國專利申請公開了一種用于礦用液壓支架立柱的激光熔覆方法，其步驟是使激光束和送粉器輸出的鎳基合金粉末流束沿立柱本體的活柱的表面形成螺旋狀掃描；激光頭輸出的激光束的截面設置為15 20_X I. 5 2. 5mm的矩形光斑，激光束的掃描線速度設置為480 720mm/min，輸出激光束的激光器的輸出功率設置為7200 7400W。送粉器中輸出的鎳基合金粉末設置為按重量比含有< 0. 15% C、0. 5
I.0% Si、0. 4 0. 8% Mn、17. 5 19. 5% Cr,21 25% Ni 和余量 Fe。對于上述的礦用液壓支架立柱的激光熔覆方法，雖然對于激光熔覆用合金粉末的配方以及激光熔覆方法的大致過程進行了描述但是在激光熔覆方法的細節(jié)上，仍然有需要細化之處。例如，在激光熔覆過程中，如何實現(xiàn)既能夠進行熔覆，又能夠獲得強度較高的熔覆表面。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種在液壓支架的立柱的表面形成激光熔覆層的方法，該方法既能夠進行熔覆，又能夠獲得強度較高的熔覆表面。具體地，本發(fā)明所提供的技術方案如下技術方案I.一種在液壓支架的立柱的表面形成激光熔覆層的方法，包括以下的步驟步驟a):用激光束熔化第n-1條激光熔覆帶的一部分寬度以及用于形成第n條激光熔覆帶的激光熔覆用合金粉末，形成第n條激光熔覆帶，其中，n為大于等于2的整數(shù)；步驟b):用激光束熔化第n條激光熔覆帶的一部分寬度以及用于形成第n+1條激光熔覆帶的激光熔覆用合金粉末，形成第n+1條激光熔覆帶。技術方案2.根據(jù)技術方案I所述的形成激光熔覆層的方法，其改變之處在于，在步驟a)之前還包括形成第n-1條激光熔覆帶的步驟，當n = 2時，所述形成第n-1條激光熔覆帶的步驟具體為，用激光束熔化用于形成第n-1條激光熔覆帶的激光熔覆用合金粉末；當n大于2時，所述形成第n-1條激光熔覆帶的步驟具體為，用激光束熔化第n_2條激光熔覆帶的一部分寬度以及用于形成第n-1條激光熔覆帶的激光熔覆用合金粉末，形成第n-1條激光熔覆帶。技術方案3. 根據(jù)技術方案I或2所述的形成激光熔覆層的方法，其改變之處在于，所述用于形成第n條激光熔覆帶的激光熔覆用合金粉末的供給速度為38 40g/min,所述用于形成第n條激光熔覆帶的激光熔覆用合金粉末的直徑為44 178iim ;所述激光束為矩形光斑，所述矩形光斑的長度為15mm，所述矩形光斑的寬度
2.5mm，所述激光束的掃描線速度為480 720mm/min，所述激光束的掃描方向垂直于所述矩形光斑的長度方向。技術方案4.根據(jù)技術方案3所述的形成激光熔覆層的方法，其改變之處在于，所述激光束的能量密度為230W/mm2以上。技術方案5.根據(jù)技術方案4所述的形成激光熔覆層的方法，其改變之處在于，所述激光束的能量密度為240W/mm2以上。技術方案6.根據(jù)技術方案3所述的形成激光熔覆層的方法，其改變之處在于，所述第n-1條激光熔覆帶的一部分寬度為6 8mm。技術方案7. 根據(jù)技術方案6所述的形成激光熔覆層的方法，其改變之處在于，所述第n-1條激光熔覆帶的一部分寬度為7mm。技術方案8.根據(jù)技術方案I 7中任意一項所述的形成激光熔覆層的方法，其改變之處在于，所述用于形成第n-1條激光熔覆帶的激光熔覆用合金粉末的組成為0. 01 0. 15% 的 C，0. 5% I. 0%的 Si，0. 4% 0. 8%的 Mn，17. 5% 19. 5%的 Cr，21% 25%的 Ni，余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)；其中，以上各種元素的含量為重量百分比含量。技術方案9.
根據(jù)技術方案I 7中任意一項所述的形成激光熔覆層的方法，其改變之處在于，所述用于形成第n條激光熔覆帶的激光熔覆用合金粉末的組成為0. 05 0. 20% 的 C，I. 0% I. 5%的 Si，0. 4% 0. 8%的 Mn，15. 0% 15. 8%的 Cr，

4. 0% 4. 5%的 Ni，余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)；其中，以上各種元素的含量為重量百分比含量。技術方案10.一種在液壓支架的立柱的表面形成激光熔覆層的方法，其特征在于，重復進行技術方案I 9任意一項中的所述的步驟a)或者步驟b)。根據(jù)上述的技術方案I 2，既能夠高效地進行熔覆，又能夠獲得強度較高的熔覆表面。根據(jù)上述的技術方案3 5，由于對激光熔覆用合金粉末和激光束的性能指標進行了限制，可以很好地實現(xiàn)上述的形成激光熔覆層的方法。根據(jù)上述的技術方案6 7，當熔覆的激光熔覆帶的一部分寬度為6 8mm時，獲得的強度更高，并且在后續(xù)的磨削過程中，被磨削的激光熔覆帶的體積小，可以節(jié)省材料。其中，當熔覆的激光熔覆帶的一部分寬度為7mm是最優(yōu)選的方案。根據(jù)上述的技術方案8的方法所獲得的液壓支架的立柱，由于激光熔覆層的組成采用了特定的組成，所以能夠得到良好的表面硬度、使用壽命、熔覆層與金屬基體的結合強度和耐鹽霧性能。該液壓支架的立柱熔覆層的硬度能夠達到30HRC以上，礦井中使用壽命為5年以上，熔覆層與立柱基體的結合強度能夠達到310MPa以上，耐鹽霧性能96小時以上
無變化。根據(jù)上述的技術方案9的方法所獲得的液壓支架的立柱，一方面，其可以滿足根據(jù)技術方案8的方法所獲得的液壓支架的立柱的各種性能，例如，礦井中使用壽命為5年以上，熔覆層與立柱基體的結合強度能夠達到310MPa以上，耐鹽霧性能96小時以上無變化。除此之外，其硬度能夠達到45HRC以上。而且，由于Ni含量較低，所以成本較低。上述的技術方案10的意思是指，任意地重復技術方案I 9中的步驟a)或者步驟b)，就可以實現(xiàn)本發(fā)明的技術構思，既能夠高效地進行熔覆，又能夠獲得強度較高的熔覆表面。


圖I是本發(fā)明的具有激光熔覆層的液壓支架的立柱的橫截面的示意圖。圖2是本發(fā)明的具有激光熔覆層的液壓支架的立柱的縱截面的示意圖。圖3是在液壓支架的立柱的表面形成激光熔覆層的示意圖。圖4是沿著圖3中的液壓支架的立柱的中心軸將液壓支架的立柱的側(cè)表面展開成平面所得到的平面圖。圖5a是本發(fā)明的在液壓支架的立柱的表面形成激光熔覆層的方法的第一種實施方式的步驟a)示意圖。圖5b是本發(fā)明的在液壓支架的立柱的表面形成激光熔覆層的方法的第一種實施方式的步驟b)示意圖。圖6是與圖3和圖4所對應的本發(fā)明的方法實施過程中的液壓支架的立柱的縱截面圖。圖7a是與圖5a所對應的液壓支架的立柱的縱截面圖。圖7b是與圖5b所對應的液壓支架的立柱的縱截面圖。
圖8是激光熔覆之后的液壓支架的立柱的縱截面中的標號分別表不:I——未進行激光熔覆的液壓支架的立柱，2——激光熔覆層，3——未進行激光熔覆的液壓支架的立柱的側(cè)表面，4——第n條激光熔覆帶，5——第n-1條激光熔覆帶，6——第n+1條激光熔覆帶。
具體實施例方式為了使得本領域的技術人員能夠更加清楚地了解本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖和實施方式進行詳細說明。第一種實施方式首先通過附圖來說明液壓支架的立柱的整體結構。圖I表示具有激光熔覆層的液壓支架的立柱的橫截面的示意圖。圖2是具有激光熔覆層的液壓支架的立柱的縱截面的示意圖?？梢钥闯?，具有激光熔覆層的液壓支架的立柱包括未進行激光熔覆的液壓支架的立柱I和激光熔覆層2。下面繼續(xù)結合附圖來說明，液壓支架的立柱的形成過程，也就是在液壓支架的立柱的表面形成激光熔覆層的方法。請參見圖3，圖3是在液壓支架的立柱的表面形成激光熔覆層的示意圖。激光束從上而下照射未進行激光熔覆的液壓支架的立柱的表面3，形成第n條激光熔覆帶4。在此激光照射的過程中，可以說，在激光熔覆用合金粉末下降到液壓支架的立柱的表面3的時候，很快地就會被激光束的能量所熔化，形成第n條激光熔覆帶4。如果沿著液壓支架的立柱的中心軸將液壓支架的立柱的側(cè)表面3展開成平面，將得到圖4所示的情形。圖4是沿著圖3中的液壓支架的立柱的中心軸將液壓支架的立柱的側(cè)表面展開成平面所得到的平面圖。在圖4中，激光束并未示出，激光束的方向是垂直于紙面指向紙面里面的方向。圖5a和圖5b，是本發(fā)明的在液壓支架的立柱的表面形成激光熔覆層的方法的第一種實施方式的不意圖。步驟a)如圖5a所示，用激光束熔化第n-1條激光熔覆帶5的一部分寬度以及用于形成第n條激光熔覆帶4的激光熔覆用合金粉末，形成第n條激光熔覆帶4 ；步驟b)如圖5b所示，用激光束熔化第n條激光熔覆帶4的一部分寬度以及用于形成第n+1條激光熔覆帶6的激光熔覆用合金粉末，形成第n+1條激光熔覆帶6。
在步驟a)和步驟b)中,所述第n-1條激光熔覆帶5的一部分寬度與第n條激光熔覆帶4的一部分寬度，大小可以相等也可以不相等，優(yōu)選是相等的，因為如果在各個步驟中熔化的激光熔覆帶的一部分寬度是相等的，那么工藝是穩(wěn)定的，而且得到的材質(zhì)是均勻的，有利于后續(xù)的機械加工。因為如果寬度相等，那么機械加工的厚度是均勻的，可以節(jié)省激光熔覆用合金粉末的使用量，從而節(jié)約成本。此第一種實施方式中，所述第n-1條激光熔覆帶5的一部分寬度與第n條激光熔覆帶4的一部分寬度均為7mm。在第一種實施方式中，步驟a)和步驟b)中的第n-1條激光熔覆帶5、第n條激光熔覆帶4、第n+1條激光熔覆帶6的延伸方向垂直于液壓支架立柱的軸向。為了更好地說明本發(fā)明的技術方案，下面結合本發(fā)明的方法實施過程中的液壓支架的立柱的縱截面圖的變化狀態(tài)，對本發(fā)明的技術方案進行說明。請參見圖6，圖6是與圖3和圖4所對應的本發(fā)明的方法實施過程中的液壓支架的立柱的縱截面圖。 激光束照射用于形成第n條激光熔覆帶的激光熔覆用合金粉末，形成第n條激光熔覆帶。請參見圖7a，圖7a是與圖5a所對應的液壓支架的立柱的縱截面圖。其中，在形成第n條激光熔覆帶4的過程中，不僅照射和熔化新下落的用于形成第n條激光熔覆帶4的激光熔覆用合金粉末，而且還照射和熔化已經(jīng)成型的第n-1條激光熔覆帶5的一部分，也就是圖中所示的黑色實心部分。圖中黑色實心部分的寬度就是上述的第n-1條激光熔覆帶5的一部分寬度。在熔化過程中，激光束的能量使得上述黑色實心部分熔化，在黑色實心部分熔化時，其溫度較高，又可以起到對第n-1條激光熔覆帶5的除了黑色實心部分之外的已經(jīng)成型的熔覆帶退火的作用，提高了第n-1條激光熔覆帶5的除了黑色實心部分之外的已經(jīng)成型的熔覆帶的力學性能。并且，第n條激光熔覆帶4也會在后續(xù)的過程中，也會被再次加熱而進行退火。如此反復就可以達到對于整個熔覆層的退火處理，提高作為表面層的熔覆層的力學性能。請參見圖7b，圖7b是與圖5b所對應的液壓支架的立柱的縱截面圖。在反復進行上述步驟之后，熔覆之后的液壓支架的立柱的縱截面圖如圖8所示。在將圖8中的突起區(qū)域磨平，就可以得到作為最終成品的具有激光熔覆層的液壓支架的立柱。優(yōu)選地，磨去實心區(qū)域的頂端以上的區(qū)域，這樣可以最大限度地利用激光熔覆層。在第一種實施方式中，本發(fā)明采用的是，新汶礦業(yè)集團新巨龍能源有限公司使用的礦用液壓支架立柱，直徑為300mm。激光熔覆流程如下(I)將礦用液壓支架立柱進行除銹、毛化處理。(2)裝入激光加工機床，該激光加工機床為二氧化碳激光加工機床。(3)在主軸C的旋轉(zhuǎn)運動及激光頭X線性軸的進給運動配合下，在一個工步中送粉與激光熔覆同步進行；激光輸出功率7400W，激光掃描線速度為480mm/min，激光束為15*2. 5mm的矩形光斑(長為15mm,寬為2. 5mm);進行掃描熔覆的方式進行熔覆,其中,激光熔覆帶的形成過程如上所述；采用的激光熔覆用合金粉末，粒徑為44 ii m 178 ii m。。該組合物的包含0. 02%的C，I. 5 %的Si，0. 4%的Mn，15. 8 %的Cr，4. O %的Ni，余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)。該激光熔覆用合金的送粉速度為38 40g/min。(4)進行機械加工。對于得到的立柱進行試驗測試，各向性能指標如下(I)無裂紋。(2)熔覆層硬度能夠達到45HRC以上，礦井中使用壽命為5年以上，熔覆層與立柱基體的結合強度能夠達到310MPa以上，耐鹽霧性能96小時以上無變化。 關于使用壽命，本發(fā)明的熔覆有熔覆層的立柱已經(jīng)在新汶礦業(yè)集團新巨龍能源有限公司的推廣使用，效果良好，目前已在采面使用4年，沒有出現(xiàn)任何質(zhì)量問題。
關于熔覆層與立柱基體的結合強度之所以能夠達到310MPa以上，是因為，在激光熔覆過程中，不僅激光熔覆用合金熔化，而且立柱基體也熔化，因此激光熔覆用合金與立柱基體已經(jīng)形成一體，所以它們之間的結合強度非常高。關于耐鹽霧性能試驗，采用的是中國國家標準GB/T10125-1997，試驗所用的藥品為氯化鈉的水溶液，濃度為50g/L±5g/L，PH為6. 5 7. 2，溫度為35°C ±2°C。由于本實施例中的Ni含量不高，所以成本較低。第二種實施方式除了以上的第一種實施方式外，本發(fā)明還提供第二種實施方式，第二種實施方式與第一種實施方式的區(qū)別在于，第n-1條激光熔覆帶5、第n條激光熔覆帶4、第n+1條激光熔覆帶6的延伸方向并不垂直于液壓支架立柱的軸向，而是繞著液壓支架立柱的外表面呈螺旋狀的形式。第三種實施方式除了以上的第一種實施方式外，本發(fā)明還提供第三種實施方式，第三種實施方式與第一種實施方式的區(qū)別在于，采用的激光熔覆用合金粉末包含0. 08%的C，0.9%的Si，
0.6%的Mn，18. 5%的Cr，23%的Ni，余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)。在該實施方式中，由于含有較多的Ni，所以成本較高，而且洛氏硬度只有30以上。所以第三種實施方式的效果不如第一種實施方式。第四種激光熔覆方式除了以上的第一種實施方式外，本發(fā)明還提供第四種實施方式，第四種實施方式與第一種實施方式的區(qū)別在于，所述第n-1條激光熔覆帶5的一部分寬度與第n條激光熔覆帶4的一部分寬度均為6mm。第五種激光熔覆方式除了以上的第一種實施方式外,本發(fā)明還提供第五種實施方式,第五種實施方式與第一種實施方式的區(qū)別在于，所述第n-1條激光熔覆帶5的一部分寬度與第n條激光熔覆帶4的一部分寬度均為8mm。實驗證明，第一種實施方式和第二種實施方式所獲得的液壓支架的立柱的表面具有更好的力學性能。其中，由于第二種實施方式中，采用大體為螺旋狀的熔覆方式，所以工藝連續(xù)性更加優(yōu)異，力學性能也優(yōu)異。
權利要求
1.一種在液壓支架的立柱的表面形成激光熔覆層的方法，其特征在于，包括以下的步驟 步驟a):用激光束熔化第n-1條激光熔覆帶的一部分寬度以及用于形成第n條激光熔覆帶的激光熔覆用合金粉末，形成第n條激光熔覆帶，其中，n為大于等于2的整數(shù)； 步驟b):用激光束熔化第n條激光熔覆帶的一部分寬度以及用于形成第n+1條激光熔覆帶的激光熔覆用合金粉末，形成第n+1條激光熔覆帶。
2.根據(jù)權利要求I所述的形成激光熔覆層的方法，其特征在于，在步驟a)之前還包括形成第n-1條激光熔覆帶的步驟， 當n = 2時，所述形成第n-1條激光熔覆帶的步驟具體為，用激光束熔化用于形成第n-1條激光熔覆帶的激光熔覆用合金粉末； 當n大于2時，所述形成第n-1條激光熔覆帶的步驟具體為，用激光束熔化第n-2條激光熔覆帶的一部分寬度以及用于形成第n-1條激光熔覆帶的激光熔覆用合金粉末，形成第n-1條激光熔覆帶。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的形成激光熔覆層的方法，其特征在于， 所述用于形成第n條激光熔覆帶的激光熔覆用合金粉末的供給速度為38 40g/min，所述用于形成第n條激光熔覆帶的激光熔覆用合金粉末的直徑為44 178 y m ; 所述激光束為矩形光斑，所述矩形光斑的長度為15mm，所述矩形光斑的寬度2. 5mm，所述激光束的掃描線速度為480 720mm/min，所述激光束的掃描方向垂直于所述矩形光斑的長度方向。
4.根據(jù)權利要求3所述的形成激光熔覆層的方法，其特征在于，所述激光束的能量密度為230W/mm2以上。
5.根據(jù)權利要求4所述的形成激光熔覆層的方法，其特征在于，所述激光束的能量密度為240W/mm2以上。
6.根據(jù)權利要求3所述的形成激光熔覆層的方法，其特征在于， 所述第n-1條激光熔覆帶的一部分寬度為6 8mm。
7.根據(jù)權利要求6所述的形成激光熔覆層的方法，其特征在于， 所述第n-1條激光熔覆帶的一部分寬度為7mm。
8.根據(jù)權利要求I 7中任意一項所述的形成激光熔覆層的方法，其特征在于， 所述用于形成第n-1條激光熔覆帶的激光熔覆用合金粉末的組成為.0.01 0. 15%的 C， .0.5% I. 0%的 Si， .0.4%~ 0. 8%的 Mn， .17. 5%~ 19. 5%的 Cr, .21% 25%的 Ni， 余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)； 其中，以上各種元素的含量為重量百分比含量。
9.根據(jù)權利要求I 7中任意一項所述的形成激光熔覆層的方法，其特征在于， 所述用于形成第n-1條激光熔覆帶的激光熔覆用合金粉末的組成為.0.05 0. 20%的 C，.1. 0% I. 5%的 Si， .0. 4%~ 0. 8%的 Mn， .15. 0% 15. 8%的 Cr， . 4. 0% 4. 5%的 Ni， 余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)； 其中，以上各種元素的含量為重量百分比含量。
10.一種在液壓支架的立柱的表面形成激光熔覆層的方法，其特征在于，重復進行權利要求I 9任意一項中的所述的步驟a)或者步驟b)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在液壓支架的立柱的表面形成激光熔覆層的方法。該方法包括以下的步驟步驟a)用激光束熔化第n-1條激光熔覆帶的一部分寬度以及用于形成第n條激光熔覆帶的激光熔覆用合金粉末，形成第n條激光熔覆帶，其中，n為大于等于2的整數(shù)；步驟b)用激光束熔化第n條激光熔覆帶的一部分寬度以及用于形成第n+1條激光熔覆帶的激光熔覆用合金粉末，形成第n+1條激光熔覆帶。本發(fā)明的方法既能夠高效地進行熔覆，又能夠獲得強度較高的熔覆表面。
文檔編號B23K26/34GK102677044SQ20121015935
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月22日 優(yōu)先權日2012年5月22日
發(fā)明者周峰, 李倫實, 李希勇, 杜伯奇, 楊帆, 楊慶東, 蘇倫昌, 董春春 申請人:山東能源機械集團大族再制造有限公司