制備耐磨耐腐蝕桿件的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種制備耐磨耐腐蝕桿件的方法。該方法包括：步驟A，采用不銹鋼材料制作桿件基體；步驟B，配置涂層粉末；以及步驟C，采用激光熔覆工藝在桿件基體表層熔覆涂層粉末，制備耐磨耐腐蝕涂層。本發(fā)明通過采用激光熔覆的方法在桿件基體表面熔覆一層具備耐磨和耐腐蝕能力的涂層，滿足了桿件的強(qiáng)度與耐腐蝕性雙重需求，降低了成本。
【專利說明】制備耐磨耐腐蝕桿件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光熔覆【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種利用激光熔覆技術(shù)制備耐磨耐腐蝕桿件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]單晶爐是直拉法制備硅單晶的最常用設(shè)備。籽晶桿、坩堝桿是單晶爐中的關(guān)鍵零部件，它們在爐腔的真空室內(nèi)工作，籽晶桿與坩堝桿內(nèi)均通水冷卻。多晶揮發(fā)物以及冷卻水均有一定腐蝕性，因此，要求籽晶桿、坩堝桿具有一定耐蝕性、耐磨性和較高的機(jī)械強(qiáng)度。
[0003]目前制備籽晶桿與坩堝桿的材料主要有貴金屬以及馬氏體不銹鋼。文獻(xiàn)(一種空心式籽晶桿，專利號CN201220042059.3)公開了一種空心結(jié)構(gòu)的銥金材料制成的籽晶桿。銥金材料能夠滿足籽晶桿性能需求，但是成本過高，隨著貴金屬價格的不斷上漲，嚴(yán)重制約了其應(yīng)用。文獻(xiàn)(楊景星，單晶爐籽晶桿的熱處理.熱處理，1992.3:38-43.)報道了采用4Crl3馬氏體不銹鋼材料制作籽晶桿，為了滿足機(jī)械性能需求進(jìn)行了相應(yīng)的熱處理。但是4Crl3不銹鋼含碳量高(0.35-0.45% )，放腐蝕能力差，由于空氣和水的酸污染，此類不銹鋼在很多場合都容易生銹，而且硬度較高，容易脆性裂斷；同時空心長桿件的熱處理難度很大，且容易變形。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種利用激光熔覆技術(shù)制備耐磨耐腐蝕桿件的方法。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]本發(fā)明制備耐磨耐腐蝕桿件的方法包括:步驟A，采用不銹鋼材料制作桿件基體；步驟B，配置涂層粉末；以及步驟C，采用激光熔覆工藝在桿件基體表層熔覆涂層粉末，制備耐磨耐腐蝕涂層。
[0008](三)有益效果
[0009]本發(fā)明中，在304奧氏體不銹鋼桿件基材上通過激光熔覆耐磨耐腐蝕涂層，同時滿足了強(qiáng)度、耐腐蝕性、耐磨性多方面要求，且成本較低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例制備耐磨耐腐蝕桿件方法的流程圖；
[0011]圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例制備耐磨耐腐蝕桿件方法的示意圖；
[0012]圖3為采用圖1和圖2所述方法制備的籽晶桿的剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0013]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0014]本發(fā)明采用激光熔覆的方法在桿件基體表面熔覆一層具備耐磨和耐腐蝕能力的涂層，滿足了桿件的強(qiáng)度與耐腐蝕性雙重需求，降低了成本。
[0015]在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提供了一種制備耐磨耐腐蝕桿件的方法。圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例制備耐磨耐腐蝕桿件方法的流程圖。請參照圖1，本實施例制備耐磨耐腐蝕桿件方法包括:
[0016]步驟A，采用不銹鋼材料制作桿件基體；
[0017]本發(fā)明中，桿件基體的材料為304奧氏體不銹鋼，對應(yīng)國內(nèi)牌號為0Crl8Ni9或06Crl9Nil0,304不銹鋼是一種很常見的奧氏體不銹鋼，具較高的Cr、Ni含量，業(yè)內(nèi)也叫做18/8不銹鋼，耐腐蝕耐高，加工性能好。
[0018]本步驟中，按照實際需求，通過機(jī)械加工，采用304奧氏體不銹鋼材料加工成單晶爐籽晶桿與坩堝桿基體。基體桿件外徑尺寸比最終成品尺寸少0.6~1mm，表面粗糙度達(dá)到Ra3.2以上。[0019]步驟B，配置涂層粉末；
[0020]本實施例中，涂層粉末中各元素質(zhì)量百分比(wt.% )為:Cr:12_15%、B:1.5~3%, Si:1 ~2%、Mo:0.5 ~1%、C:0.3 ~1%、Ni:12 ~15%、Fe:62 ~67%，如表 I 所示:
[0021]表1
[0022]
Cr [B [Si[Mo[C[Ni[Fe
12 ~15 1.5 ~3 I ~2 0.5 ~I 0.3 ~I 12 ~15 62 ~66
[0023]步驟C，采用激光熔覆工藝在上述桿件基體表層熔覆所述涂層粉末，制備耐磨耐腐蝕涂層；
[0024]本發(fā)明中，304不銹鋼含碳量小，鉻和鎳含量都很高，有較強(qiáng)的防水防酸能力，韌性好，不易裂斷。但是其淬透性差，難以通過熱處理增加其耐磨性，此外，激光熔覆由于局部加熱、快速冷卻特點，熱變形小，滿足了籽晶桿與坩堝桿對于形變的要求。
[0025]請參照圖2，該步驟C具體包括:
[0026]子步驟Cl，制定激光熔覆的工藝參數(shù)，包括:
[0027]激光功率:900-1200W；
[0028]離焦:采用負(fù)離焦方式，離焦量12-20_ ；
[0029]送粉量:送粉量8-15g/min,純氮?dú)廨d粉,載氣流量3~5L/min ；
[0030]數(shù)控轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速:根據(jù)夾持桿件的外徑，調(diào)整轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，使桿件線速度3~8mm/s，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速=桿件線速度/桿件半徑X 6.28,單位,轉(zhuǎn)/s ；[0031]激光熔覆搭接率:25-35%，搭接率30%左右時，熔覆層平整度最佳，搭接率含義是(單層熔覆層寬度-相鄰熔覆層中心間距)/單層熔覆層寬度；
[0032]激光頭軸向移動速度:根據(jù)軸的直徑與搭接量確定，軸向移動速度=(1-搭接率)X單道熔覆層寬度X轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，單位mm/s ;其中單道熔覆層寬度可根據(jù)實驗測定，即預(yù)先按照選定激光功率、離焦量、送粉量、桿件線速度等參數(shù)在平板件上進(jìn)行單道激光熔覆，并測量其熔覆層高度與寬度。
[0033]子步驟C2，將桿件基體夾緊于激光熔覆平臺的數(shù)控轉(zhuǎn)盤和尾座之間；
[0034]子步驟C3，按照預(yù)設(shè)的工藝參數(shù)，利用涂層材料對激光熔覆平臺上的桿件基體進(jìn)行激光熔覆；
[0035]控制數(shù)控轉(zhuǎn)盤⑴帶動桿件(5)以設(shè)置好的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，同時激光頭⑶發(fā)射激光束(4)，聯(lián)同送粉噴嘴(2)沿桿件軸線同步直線移動。激光頭及送粉噴嘴安裝固定與機(jī)械手或機(jī)床上，通過機(jī)械手或機(jī)床與數(shù)控轉(zhuǎn)盤、激光器的聯(lián)動控制，實現(xiàn)桿件轉(zhuǎn)動與激光頭直線運(yùn)動兩種運(yùn)動的合理配合，完成桿件表面的激光熔覆過程。
[0036]子步驟C4，將表層熔覆的耐磨耐腐蝕涂層的桿件從激光熔覆平臺取下。
[0037]步驟D，對桿件表層熔覆的耐磨耐腐蝕涂層進(jìn)行處理，達(dá)到預(yù)設(shè)的厚度和表面粗糙度。
[0038]本步驟中，主要是采用機(jī)械加工工藝對桿件進(jìn)行外圓磨削，加工至最終合格尺寸范圍，表面粗糙度達(dá)到要求 。制備的籽晶桿的剖面示意圖如圖3所示。
[0039]以下結(jié)合具體應(yīng)用場景，以制備籽晶桿和坩堝桿為例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明:
[0040]籽晶桿制備:
[0041]步驟1:采用304奧氏體不銹鋼，加工出籽晶桿基體，基體外徑27.4_。表面粗糙度Ra3.2,籽晶桿結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
[0042]步驟2:將基體桿件安裝的數(shù)控轉(zhuǎn)盤上；
[0043]步驟3:調(diào)配熔覆粉末，粉末成分如表2所示:
[0044]表2
[0045]
【權(quán)利要求】
1.一種制備耐磨耐腐蝕桿件的方法，其特征在于，包括: 步驟A，采用不銹鋼材料制作桿件基體； 步驟B，配置涂層粉末；以及 步驟C，采用激光熔覆工藝在所述桿件基體表層熔覆所述涂層粉末，制備耐磨耐腐蝕涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟A中的不銹鋼材料為304奧氏體不銹鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B中所述涂層粉末中各元素質(zhì)量百分比為:Cr:12-15%,B:1.5 ~3%、Si:1 ~2%、Mo:0.5 ~1%、C:0.3 ~l%、N1:12 ~15%,Fe:62 ~66%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述涂層粉末中各元素質(zhì)量百分比為:Cr:13.8%, B:1.98%, Si:1.76%,Mo:0.64%, C:0.56%, N1:14.34%, Fe:66.92%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述涂層粉末中各元素質(zhì)量百分比為:Cr:14.76%, B:2.08%, Si:1.92%,Mo:1.0%, C:0.4%, Ni:14.84%, Fe:65%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟C包括: 子步驟Cl，制定激光熔覆的 工藝參數(shù) 子步驟C2，將所述桿件基體夾緊于激光熔覆平臺的數(shù)控轉(zhuǎn)盤和尾座之間； 子步驟C3，按照預(yù)設(shè)的工藝參數(shù)，利用所述涂層材料對所述激光熔覆平臺上的所述桿件基體進(jìn)行激光熔覆；以及 子步驟C4，將表層熔覆的耐磨耐腐蝕涂層的桿件從所述激光熔覆平臺取下。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述激光熔覆的工藝參數(shù)包括:激光功率、離焦、送粉量、數(shù)控轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速和激光熔覆搭接率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述工藝參數(shù)的具體取值如下: 激光功率:900-1200W ； 離焦:采用負(fù)離焦方式，離焦量12-20mm ； 送粉量:送粉量8-15g/min,純氮?dú)廨d粉,載氣流量3~5L/min ； 數(shù)控轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速:使桿件線速度3~8mm/s，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速=桿件線速度/桿件半徑X 6.28，單位，轉(zhuǎn)/s ； 激光熔覆搭接率:25-35% ； 激光頭軸向移動速度:根據(jù)軸的直徑與搭接量確定。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于，所述步驟C之后還包括: 步驟D，對桿件表層熔覆的耐磨耐腐蝕涂層進(jìn)行處理，達(dá)到預(yù)設(shè)的厚度和/或表面粗糙度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于，所述桿件為籽晶桿或坩堝桿。
【文檔編號】C22C38/54GK103695900SQ201310741336
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】趙樹森, 林學(xué)春, 周春陽, 高文焱, 王奕博, 劉發(fā)蘭 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所