熔覆技术范文

熔覆技术范文第1篇

0引言

激光熔覆技术是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，是指激光表面熔敷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[1~3]。如对60#钢进行碳钨激光熔覆后，硬度最高达2200HV以上，耐磨损性能为基体60#钢的20倍左右。在Q235钢表面激光熔覆CoCrSiB合金后，将其耐磨性与火焰喷涂的耐蚀性进行了对比，发现前者的耐蚀性明显高于后者[4]。

激光熔覆技术是一种经济效益很高的新技术,它可以在廉价金属基材上制备出高性能的合金表面而不影响基体的性质，降低成本,节约贵重稀有金属材料，因此,世界上各工业先进国家对激光熔覆技术的研究及应用都非常重视[1-2、5-7]。

1激光熔覆技术的设备及工艺特点

目前应用于激光熔覆的激光器主要有输出功率为1~10kW的CO2激光器和500W左右的YAG激光器。对于连续CO2激光熔覆,国内外学者已做了大量研究[1]。近年来高功率YAG激光器的研制发展迅速,主要用于有色合金表面改性。据文献报道,采用CO2激光进行铝合金激光熔覆,铝合金基体在CO2激光辐照条件下容易变形,甚至塌陷[1]。YAG激光器输出波长为1.06μm,较CO2激光波长小1个数量级,因而更适合此类金属的激光熔覆。

同步注粉式激光表面熔覆处理示意图[8]

激光熔覆按送粉工艺的不同可分为两类:粉末预置法和同步送粉法。两种方法效果相似,同步送粉法具有易实现自动化控制,激光能量吸收率高,无内部气孔,尤其熔覆金属陶瓷,可以显著提高熔覆层的抗开裂性能,使硬质陶瓷相可以在熔覆层内均匀分布等优点。

激光熔覆具有以下特点[2、9]：

(1)冷却速度快(高达106K/s),属于快速凝固过程,容易得到细晶组织或产生平衡态所无法得到的新相,如非稳相、非晶态等。

(2)涂层稀释率低(一般小于5%),与基体呈牢固的冶金结合或界面扩散结合，通过对激光工艺参数的调整,可以获得低稀释率的良好涂层,并且涂层成分和稀释度可控;

(3)热输入和畸变较小,尤其是采用高功率密度快速熔覆时,变形可降低到零件的装配公差内。

(4)粉末选择几乎没有任何限制,特别是在低熔点金属表面熔敷高熔点合金;

(5)熔覆层的厚度范围大,单道送粉一次涂覆厚度在0.2~2.0mm,

(6)能进行选区熔敷,材料消耗少,具有卓越的性能价格比;

(7)光束瞄准可以使难以接近的区域熔敷;

(8)工艺过程易于实现自动化。

很适合油田常见易损件的磨损修复。

2激光熔覆技术的发展现状

激光熔覆技术是—种涉及光、机、电、计算机、材料、物理、化学等多门学科的跨学科高新技术。它由上个世纪60年代提出,并于1976年诞生了第一项论述高能激光熔覆的专利。进入80年代,激光熔覆技术得到了迅速的发展,近年来结合CAD技术兴起的快速原型加工技术,为激光熔覆技术又添了新的活力。

目前已成功开展了在不锈钢、模具钢、可锻铸铁、灰口铸铁、铜合金、钛合金、铝合金及特殊合金表面钴基、镍基、铁基等自熔合金粉末及陶瓷相的激光熔覆。激光熔覆铁基合金粉末适用于要求局部耐磨而且容易变形的零件。镍基合金粉末适用于要求局部耐磨、耐热腐蚀及抗热疲劳的构件。钴基合金粉末适用于要求耐磨、耐蚀及抗热疲劳的零件。陶瓷涂层在高温下有较高的强度,热稳定性好,化学稳定性高,适用于要求耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化性的零件。在滑动磨损、冲击磨损和磨粒磨损严重的条件下,纯的镍基、钴基和铁基合金粉末已经满足不了使用工况的要求,因此在合金表面激光熔覆金属陶瓷复合涂层已经成为国内外学者研究的热点,目前已经进行了钢、钛合金及铝合金表面激光熔覆多种陶瓷或金属陶瓷涂层的研究[1、10]。

3激光熔覆存在的问题

评价激光熔覆层质量的优劣,主要从两个方面来考虑。一是宏观上,考察熔覆道形状、表面不平度、裂纹、气孔及稀释率等;二是微观上,考察是否形成良好的组织,能否提供所要求的性能。此外,还应测定表面熔覆层化学元素的种类和分布,注意分析过渡层的情况是否为冶金结合,必要时要进行质量寿命检测。

目前研究工作的重点是熔覆设备的研制与开发、熔池动力学、合金成分的设计、裂纹的形成、扩展和控制方法、以及熔覆层与基体之间的结合力等。

目前激光熔敷技术进一步应用面临的主要问题是:

①激光熔覆技术在国内尚未完全实现产业化的主要原因是熔覆层质量的不稳定性。激光熔覆过程中,加热和冷却的速度极快,最高速度可达1012℃/s。由于熔覆层和基体材料的温度梯度和热膨胀系数的差异,可能在熔覆层中产生多种缺陷,主要包括气孔、裂纹、变形和表面不平度[1]。

②光熔敷过程的检测和实施自动化控制。

③激光熔覆层的开裂敏感性，仍然是困扰国内外研究者的一个难题，也是工程应用及产业化的障碍[1、11]。目前，虽然已经对裂纹的形成扩进行了研究[1]，但控制方法方面还不成熟。

4激光熔覆技术的应用和发展前景展望

进入20世纪80年代以来,激光熔敷技术得到了迅速的发展,目前已成为国内外激光表面改性研究的热点。激光熔敷技术具有很大的技术经济效益,广泛应用于机械制造与维修、汽车制造、纺织机械、航海[12]与航天和石油化工等领域。

目前激光熔覆技术已经取得一定的成果,正处于逐步走向工业化应用的起步阶段。今后的发展前景主要有以下几个方面:

(1)激光熔覆的基础理论研究。

(2)熔覆材料的设计与开发。

(3)激光熔覆设备的改进与研制。

(4)理论模型的建立。

(5)激光熔覆的快速成型技术。

熔覆技术范文第2篇

0引言

激光熔覆技术是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，是指激光表面熔敷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[1~3]。如对60#钢进行碳钨激光熔覆后，硬度最高达2200HV以上，耐磨损性能为基体60#钢的20倍左右。在Q235钢表面激光熔覆CoCrSiB合金后，将其耐磨性与火焰喷涂的耐蚀性进行了对比，发现前者的耐蚀性明显高于后者[4]。

激光熔覆技术是一种经济效益很高的新技术,它可以在廉价金属基材上制备出高性能的合金表面而不影响基体的性质，降低成本,节约贵重稀有金属材料，因此,世界上各工业先进国家对激光熔覆技术的研究及应用都非常重视[1-2、5-7]。

1激光熔覆技术的设备及工艺特点

目前应用于激光熔覆的激光器主要有输出功率为1~10kW的CO2激光器和500W左右的YAG激光器。对于连续CO2激光熔覆,国内外学者已做了大量研究[1]。近年来高功率YAG激光器的研制发展迅速,主要用于有色合金表面改性。据文献报道,采用CO2激光进行铝合金激光熔覆,铝合金基体在CO2激光辐照条件下容易变形,甚至塌陷[1]。YAG激光器输出波长为1.06μm,较CO2激光波长小1个数量级,因而更适合此类金属的激光熔覆。

同步注粉式激光表面熔覆处理示意图[8]

激光熔覆按送粉工艺的不同可分为两类:粉末预置法和同步送粉法。两种方法效果相似,同步送粉法具有易实现自动化控制,激光能量吸收率高,无内部气孔,尤其熔覆金属陶瓷,可以显著提高熔覆层的抗开裂性能,使硬质陶瓷相可以在熔覆层内均匀分布等优点。

激光熔覆具有以下特点[2、9]：

(1)冷却速度快(高达106K/s),属于快速凝固过程,容易得到细晶组织或产生平衡态所无法得到的新相,如非稳相、非晶态等。

(2)涂层稀释率低(一般小于5%),与基体呈牢固的冶金结合或界面扩散结合，通过对激光工艺参数的调整,可以获得低稀释率的良好涂层,并且涂层成分和稀释度可控;

(3)热输入和畸变较小,尤其是采用高功率密度快速熔覆时,变形可降低到零件的装配公差内。

(4)粉末选择几乎没有任何限制,特别是在低熔点金属表面熔敷高熔点合金;

(5)熔覆层的厚度范围大,单道送粉一次涂覆厚度在0.2~2.0mm,

(6)能进行选区熔敷,材料消耗少,具有卓越的性能价格比;

(7)光束瞄准可以使难以接近的区域熔敷;

(8)工艺过程易于实现自动化。

很适合油田常见易损件的磨损修复。

2激光熔覆技术的发展现状

激光熔覆技术是—种涉及光、机、电、计算机、材料、物理、化学等多门学科的跨学科高新技术。它由上个世纪60年代提出,并于1976年诞生了第一项论述高能激光熔覆的专利。进入80年代,激光熔覆技术得到了迅速的发展,近年来结合CAD技术兴起的快速原型加工技术,为激光熔覆技术又添了新的活力。

目前已成功开展了在不锈钢、模具钢、可锻铸铁、灰口铸铁、铜合金、钛合金、铝合金及特殊合金表面钴基、镍基、铁基等自熔合金粉末及陶瓷相的激光熔覆。激光熔覆铁基合金粉末适用于要求局部耐磨而且容易变形的零件。镍基合金粉末适用于要求局部耐磨、耐热腐蚀及抗热疲劳的构件。钴基合金粉末适用于要求耐磨、耐蚀及抗热疲劳的零件。陶瓷涂层在高温下有较高的强度,热稳定性好,化学稳定性高,适用于要求耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化性的零件。在滑动磨损、冲击磨损和磨粒磨损严重的条件下,纯的镍基、钴基和铁基合金粉末已经满足不了使用工况的要求,因此在合金表面激光熔覆金属陶瓷复合涂层已经成为国内外学者研究的热点,目前已经进行了钢、钛合金及铝合金表面激光熔覆多种陶瓷或金属陶瓷涂层的研究[1、10]。

3激光熔覆存在的问题

评价激光熔覆层质量的优劣,主要从两个方面来考虑。一是宏观上,考察熔覆道形状、表面不平度、裂纹、气孔及稀释率等;二是微观上,考察是否形成良好的组织,能否提供所要求的性能。此外,还应测定表面熔覆层化学元素的种类和分布,注意分析过渡层的情况是否为冶金结合,必要时要进行质量寿命检测。

目前研究工作的重点是熔覆设备的研制与开发、熔池动力学、合金成分的设计、裂纹的形成、扩展和控制方法、以及熔覆层与基体之间的结合力等。

目前激光熔敷技术进一步应用面临的主要问题是:

①激光熔覆技术在国内尚未完全实现产业化的主要原因是熔覆层质量的不稳定性。激光熔覆过程中,加热和冷却的速度极快,最高速度可达1012℃/s。由于熔覆层和基体材料的温度梯度和热膨胀系数的差异,可能在熔覆层中产生多种缺陷,主要包括气孔、裂纹、变形和表面不平度[1]。

②光熔敷过程的检测和实施自动化控制。

③激光熔覆层的开裂敏感性，仍然是困扰国内外研究者的一个难题，也是工程应用及产业化的障碍[1、11]。目前，虽然已经对裂纹的形成扩进行了研究[1]，但控制方法方面还不成熟。

4激光熔覆技术的应用和发展前景展望

进入20世纪80年代以来,激光熔敷技术得到了迅速的发展,目前已成为国内外激光表面改性研究的热点。激光熔敷技术具有很大的技术经济效益,广泛应用于机械制造与维修、汽车制造、纺织机械、航海[12]与航天和石油化工等领域。

目前激光熔覆技术已经取得一定的成果,正处于逐步走向工业化应用的起步阶段。今后的发展前景主要有以下几个方面:

(1)激光熔覆的基础理论研究。

(2)熔覆材料的设计与开发。

(3)激光熔覆设备的改进与研制。

(4)理论模型的建立。

(5)激光熔覆的快速成型技术。

熔覆技术范文第3篇

本文从大型设备检修实际案例进行了激光熔覆技术的介绍，对同类型的设备检修有着较强的借鉴作用。

In this paper, the laser cladding technology introduced from the maintenance of large equipment case, has a strong reference to the maintenance of the same type.

关键词：汽轮机；激光熔覆

中图分类号：TK26 文献标识码：A

一、前言

唐钢炼铁厂10#汽轮发电机组由于调速汽门不严，打闸停机后，调速汽门仍有蒸汽进入机组，致使转速上升，最高到4900rpm，不得不破坏真空，迅速关闭主汽门，才能将转速降下而停机。如果不及时破坏真空，转速将失去控制，严重的将造成飞车等严重设备事故。同时，机组启机时调速系统基本失去作用，转速无法控制，冲转时无法按照升速曲线进行暖机，只能采取用主汽门旁路门手动升速的方法奇迹。即升速时将一道主汽门全开，二道主汽门全关，缓慢打开二道主汽门旁路门控制转速上升。这种升速方法完全依靠职工手感和经验，转速虽然能控制在一定范围内，但由于定速并网需要转速稳定在4340rpm，而手动升速很难将其控制在一个稳定值上，故并网时需要反复调整转速，造成发电机并网空难，同时机组存在设备安全隐患。

二、设备故障原因

为保证机组稳定运行，经生产科、设备科等相关科室协调后，机组于2013年3月20日利用2BF定修时间停机检修。

机组调速汽门解体检查发现，在其中一个组合阀碟的中心阀碟密封处有一不规则硬物，致使中心阀碟无法正常关闭，致使阀碟与阀座密封面均出现凹痕，造成进气量不能有效控制，导致机组无法正常启、停机。

三、确定检修方案

方案一：更换阀碟与阀座

现状：1.库存无备件。

2.检修难度大，需返厂（广汽）更换。

3.返厂设备较大，运输困难。

4.返厂更换时间长（约10天），将严重影响我厂发电效益。

5.返厂更换所需备件费、运输费等费用车间无力承担。

结论：此方案不可行。

方案二：利用唐钢机械装备公司现有激光修复技术检修

现状：1.激光修复设备拆卸、移动、安装便捷。

2.检修时间较短（约3天）。

3.损坏部位（设备）无需拆卸，在线修复。

4.修复后设备可保持原有性能。

5.大大降低检修费用，且提高我厂经济效益。

结论：此方案可行。

四、激光熔覆技术

激光熔覆技术是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、 抗氧化及电器特性等的工艺方法。

五、制定检修工艺方案

阀座检修方案：

1.激光熔覆设备运至检修现场，并进行接线、定位。

2.用白布堵塞阀座进汽孔、上部并放置软白面，防止金属粉末及杂物进入机组内部。

3.阀座除锈、除油、砂纸打磨。

4.根据阀座材质（15CrMoA-5）配置激光熔覆金属粉末。

5.开始现场激光熔覆，设备功率1000W，速度1.2m/min，轨迹为圆弧形，熔覆厚度单面0.7mm。

6.熔覆完成后，用铣床进行粗加工熔覆层。

7.根据阀座弧形角度数控车床加工铸铁研磨试件，并进行精研磨阀座。

8.探伤，检查熔覆层内有无气孔等缺陷。

9.检验、验收其结构尺寸及密封效果。

阀蝶检修方案：

1.阀蝶除锈、除油、砂纸打磨。

2.根据阀蝶材质（25Cr2MoVA-5）配置激光熔覆金属粉末。

3.阀蝶固定，开始激光熔覆，设备功率1000W，速度1.2m/min，轨迹为圆弧形，熔覆厚度单面1.5—2.0mm。

4.将阀蝶熔覆层进行数控精加工。

5.探伤，检查熔覆层内有无气孔等缺陷。

6.检验、验收其结构尺寸及密封效果。

六、修复前后对比

修复前 修复后

七、修复方案的优越性

1.时间方面

如果损坏设备部件返厂更换，则时间长达10天左右，而此修复方案时间仅为3天。

2.费用方面

（1）经济效益

10#汽轮发电机组功率为25MW,如果损坏设备部件返厂更换，时间按10天，费用按0.5元/度计算，则直接影响我厂发电效益300万。

（2）备件费用

更换全部阀座及阀蝶，费用约为1.5万元。

（3）运输费用

约为3万元。

激光熔覆费用为15万元。

此次激光熔覆为我厂节省费用为：300+1.5+3-15=289.5万元

八、修复后机组的运行状况

调速汽门检修后，机组启机正常冲转，调速汽门能够在调速系统的控制下缓慢打开，中控室内用调速系统对机组转速进行控制，按照正常的升速曲线进行启机（600rpm暖机10分钟，1400rpm暖机30分钟，4340rpm定速），每个转速节点均能保持转速稳定，不仅保证了机组的正常暖机，且机组并网时，能够稳定维持4340rpm转速，为并网创造了良好条件。

机组打闸停机后，调速汽门能够迅速关闭，机组转速缓慢下降，正常停机。不会出现打闸后转速迅速上升的现象，避免了因汽轮机超速对机组产生的严重损伤。

九、结束语

对于其他大型A类设备，尤其是其有些主要零部件不可能进行申请备用，一旦发生磨损等情况，拆卸或返厂更换极其困难，给生产和检修造成了很大麻烦。

熔覆技术范文第4篇

【关键词】激光熔覆；采煤机；高速轴

1、激光熔覆技术在我公司使用背景

2012年我公司MG300/710-WD型采煤机在鄂尔多斯忽沙图矿使用不久，采煤机高速轴轴套摩损严重不能正常使用（如图1），后经验证硬度及耐磨性普遍达不到使用要求。

激光表面熔敷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。

为了解决采煤机高速轴套因摩擦变形产生的漏油现象，考虑验证并使用激光熔覆这种新技术在采煤机高速轴上。

2、轴套失效故障分析及厂内试验验证

2.1采煤机高速轴套失效原因分析

图1为国内采煤机电机输出轴较为典型密封形式，结构中通过采煤机电机出轴带动传动轮进行高度旋转，由于传动轮靠电机端与骨架油封为高速旋转接触，易与骨架油封处发生摩擦损坏，所以在此处安装轴套以减少更换成本。

由于腔内工作温度高、电机出轴带动齿轮旋转速度快，所以当工作时轴套一直处于高速摩擦状态，也就造成了接触面易发生磨损变形。对轴套的表面要求镀铬抛光，硬度要求达到≥900HV，表面光洁度Ra=0.4，如图2所示：

由此分析，采煤机一轴油封漏油故障主要原因为油封唇口接触的耐磨轴套镀铬的表面性能不够；旋转过程中，耐磨轴套被油封划出沟槽（如图1），造成摇臂一轴电机处漏油。

2.2厂内试验验证

为了更好的对比出激光熔覆轴套与镀硬铬套的使用性能，可制作如图4所示装置对两种轴套进行耐磨性能比较。电动机带动传动轴进行指定速度的旋转，传动轴两端分别装有采用激光熔覆的耐磨套Ⅰ与镀硬铬的耐磨套Ⅱ，通过进油口注入油来使轴套处于接近与工作时的环境。

两种耐磨套耐磨对比试验模拟实际工况运行15天，共75小时。图5、图6分别为试验前后两种轴套表面对比。

由结果可知耐磨套Ⅰ（激光熔覆工艺）表面完好无损，老工艺耐磨套Ⅱ（抛光镀铬工艺）有划痕。

3、激光熔覆轴套在实际工作的使用

经过厂内的初步验证，我公司MG300/710-WD采煤机耐磨套（激光熔覆）于2012年6月17日发到鄂尔多斯忽沙图矿替换原工艺套进行使用，运转125天，仍在继续使用，未发生漏油现象。

综上所述，根据厂内验证及实际使用结果，我们使用激光熔覆耐磨套性能优于以往使用的镀硬铬耐磨套。

4、结束语

20世纪70年代至今，随着激光熔覆技术理论研究不断的深入与发展，相关设备也不断开发研制，该技术已成为材料表面改性的一种重要方法，它具有冷却速度快，涂层稀释率低，与基体结合牢固，不易发生形变等优秀的表面性能。

熔覆技术范文第5篇

【关键词】激光熔覆 液压支架 煤炭机械

【中图分类号】TG174.4 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2015）04-0198-02

一 液压支架的工作环境

液压支架是将液压支架顶梁和底座连接起来的部件，承受顶板的载荷式支架的主要承载部件。液压支架工况条件苛刻，大多数是在高速、重载、振动、冲击、摩擦和介质腐蚀等的工况条件下工作。运行时间长，绝大部分机械设备不分昼夜，长年累月连续作业。工作环境恶劣，设备时刻处于粉尘、水汽以及有害气体的包围之中。条件差，环境恶劣，工况苛刻，停机时间短，使机械零部件得不到良好的和维护。随着中厚偏薄、薄煤层开采力度的加大，被输送物料的研磨性指数也不同程度地增加，加剧了设备的磨损。

液压支架在使用过程中立柱外圆表面容易被腐蚀、磨损，直至失效。必然会引起整套装置运行不稳定，带“病”运行的设备对于井下作业的人员来说是一个极大地安全隐患。设备停运导致减产，设备维修或更换也是一笔不小的开支。

液压支架正常使用周期最少应在一年以上，如果因油缸锈蚀而升井维修，大修周期一般为半年，维修费用是整机费用的30%左右。在行业内，液压支架油缸外圆表面普遍都采用电镀铬技术进行防护，对于井下十分复杂的作业环境，其抗腐蚀能力远远未达到理想状态。如何改变液压支架油缸的表面防护技术，提高油缸乃至支架整机在井下的环境适应能力和使用寿命成了亟待解决的问题。再加上传统电镀工艺所使用的六价铬在生产过程中会产生铬雾、废水、废渣等影响生态环境的物质，有悖于国家绿色环保的要求，不利于节能减排，国家对此的监管力度在不断加强。同时，设备升井维修、制造新品也会消耗大量能源。

二 激光熔覆技术的作用

采用激光熔覆技术让报废液压支架立柱“起死回生”。激光熔覆技术就像变魔术一样让大量报废的液压支架立柱“起死回生”，继续服役，为实现“绿色矿山”开辟了一条捷径。激光熔覆技术在矿山综采设备液压支架立柱上的成功应用，将引领矿山设备技术升级、产业升级走进新时代。

激光熔覆技术就是利用大功率激光束聚集能量极高的特点，瞬间将被加工表面微熔，同时使零件表面预置或与激光束同步自动送置的合金粉完全熔化，获得与基体冶金结合的致密覆盖。该技术热影响区小，覆层性能可梯度功能控制，熔覆层与技术基体冶金结合，可靠地解决了镀铬层孔隙多和结合力差的问题。

三 激光熔覆技术在液压支架中的应用

工作面液压支架型号如下表所示，ZF7200/18/33液压支架主要参数：支架高度1800～3300mm；支架宽度1430～1600mm；工作阻力7200Kn；支护强度0.91～0.93Mpa；操作方式为本架手动操作；带加长杆立柱4件。

工作面液压支架型号

序号 支架类别 支架型号 数量

1 中间架 ZF7200/18/33 76架

2 过渡架 ZFG7500/19/33 4架

使用时间：该套支架有两个批次，中间架中的60架为2011年出厂，在井下使用了2年左右；16架中间架和4架过渡架为2009年出厂，在井下使用了4年，2个工作面。

过煤量：2011年的支架过煤量80万吨左右；2009年支架使用2个工作面，过煤量不详，但两者都存在较多问题。

维修次数：2009年支架在2011年6月在井下进行检修；2011年的支架本次为第一次大修，但二者在作业期间多次出现问题，主要集中在立柱千斤顶维修。

井下使用环境：支架在井下使用锈蚀严重，设备操作人员反映水质碱性较重。结构件类锈蚀严重，销轴锈蚀较为严重，除锈后存在尺寸减小，阀类锈蚀严重，尤其是立柱千斤顶类镀铬面锈蚀特别严重。

图1为激光熔覆技术展示，对于退镀后表面麻坑深度>

1mm的镀铬件，采用激光熔敷技术完成修复，避免报废。

图2为缸体止口修前和修后的对比，对于止口部分腐蚀严重的缸体，全部采用￠1.2的不锈钢焊条修复，加工后恢复到原尺寸公差为H9，粗糙度1.6，并要求缸口倒角圆过渡。

图1 激光熔覆技术展示 图2 缸体止口修前和修后的对比

激光熔覆技术能在低成本材料上获得具有耐蚀、耐磨等高性能表面，以代替昂贵的整体高级合金，从而大量节约贵重或稀有金属材料，适用于易磨损及易腐蚀零部件的表面强化处理。为了提高液压支架的使用寿命，需要对关键部件进行表面处理。新支架立柱寿命一般是1～2年，但是利用激光熔覆技术处理后的可以达到5年免维护。

四 结束语

实践表明，经激光熔覆技术的液压支架立柱在井下实际使用寿命都超过了传统的表面镀铬的新液压支架立柱。该技术有很好的应用前景，经济和社会效益十分巨大。可以预见它还可以运用到新产品的制造中。

参考文献

[1]张宏明.液压支架初撑力保证液压阀的研究[J].机械工程与自动化，2008（4）

[2]张永忠、席明哲、石力开等.激光快速成形316L不锈钢研究[J].材料工程，2002（5）

[3]陈静、林鑫、王涛等.316L不锈钢激光快速成形过程中熔覆层的热裂机理[J].稀有金属材料与工程，2003（3）

熔覆技术范文第6篇

关键词：激光熔覆技术，石化机械，维修，应用实例。

中图分类号： F407.4 文献标识码： A文章编号：

一、激光熔覆技术概述

1.1 激光熔覆技术的定义

激光熔覆技术是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、 抗氧化及电器特性等的工艺方法。激光熔覆技术是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，是指激光表面熔敷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[.如对60#钢进行碳钨激光熔覆后，硬度最高达2200HV以上，耐磨损性能为基体60#钢的20倍左右。在Q235钢表面激光熔覆CoCrSiB合金后，将其耐磨性与火焰喷涂的耐蚀性进行了对比，发现前者的耐蚀性明显高于后者。

激光熔覆技术是一种经济效益很高的新技术，它可以在廉价金属基材上制备出高性能的合金表面而不影响基体的性质，降低成本，节约贵重稀有金属材料，因此，世界上各工业先进国家对激光熔覆技术的研究及应用都非常重视。

1.2 激光熔覆的技术特点

激光熔覆技术的基本特点是覆层平整、稀释率低、与基材的冶金结合强度高。低稀释率有利于保证熔覆层的成分和性能，而覆层的表面均匀性将使后续加工量大大降低，也因此降低了后续加工成本。熔覆过程中工件肌体温度小、变形量小，对工件肌体原有性能影响小，因而能大大满足工件现场修复的需要，实现在较短的时间内恢复工件使用功能的要求，满足了石化生产中因设备故障而“应急”恢复功能的需求。

二、激光修理技术的开发与应用

激光熔覆是一种先进的涂层技术，利用高能激光束在金属材料表面获得极好的表面耐磨、耐蚀、耐冲刷、耐疲劳、抗高温氧化、减磨等多种高性能涂层，其综合性能明显优于热喷涂、等离子喷涂、喷焊、堆焊等现有涂层技术。激光熔覆具有熔覆热量小、工件基本无变形的特点，在零部件的修复方面优势明显。

随着大功率工业化激光加工机制造技术的不断完善，大功率激光工业化应用技术也越来越被国内外各研究机构所重视，不断取得新成果。

目前，虽然已有大量关于激光熔覆的工业化应用的研究，如激光熔覆的特性，不同材料与基体组合的熔覆工艺、参数、熔覆层的微观组织结构和相分析、熔覆层的性能、熔覆层的缺陷，激光熔覆基础理论和模型建立，激光熔覆的应用，激光熔覆专用材料和装备等，但均处于未完全成熟阶段。激光熔覆涂层技术需进一步解决的问题有：大面积激光熔覆过程中的裂纹问题，激光熔覆专用材料体系，激光熔覆过程的检测与实施自动控制。

2.1 激光熔覆修理

主要是对原磨损机件进行表面堆焊，将因过度磨损、腐蚀、冲刷、氧化、刮伤、变形等原因而导致失效的零部件进行激光表面熔覆修复。它不仅能使损坏的零件恢复原有尺寸，而且可以提高或改善其性能，节约设备维护费用。虽然激光修理有熔覆层与零件母材冶金结合、堆焊热影响区小、零件变形量小等显著优点，但激光熔覆伴有传热、辐射、固化、分子取相及可能的结晶等物理变化，仍存在一定程度的零件变形。笔者认为，这些变形过程的控制取决于熔池的深度和温度区分布，并直接影响到熔池的形状和熔覆层的组织性能，因此，熔池的温度区分布控制与激光熔覆层质量（组织、性能、表面粗造度等）有关。经大量试验分析与模拟计算，可以确定，在给定条件下（激光功率、激光扫描速度、光斑直径、环境条件等）送粉率和熔覆层厚度是控制温度区变化的重要因素。

2.2 激光熔覆加工表面温度的影响和控制

激光注入热量的不均衡和加工时激光熔池温度区分布不稳定等因素，导致修复部位应力分布过于集中、稀释率太高，常常引起裂纹或强度不够。应控制好激光再制造工艺参数，保证激光熔覆的质量。这些参数包括激光功率、加工速度、送粉量、焦深、工件及粉末材料的倒热率等。

2.3 激光熔覆粉末的开发

由于激光熔覆工艺本身的特点，热喷涂粉末不能完全满足激光熔覆技术的要求，尤其是高硬度粉末，用于激光熔覆时涂层的开裂倾向很大，根本无法满足熔覆要求。相对于铁基和钴基，镍基材料的开裂敏感性较低，成本适中，能满足耐磨、抗热疲劳、耐腐蚀等性能需求，应用广泛，镍基材料的应用是激光熔覆粉末的开发研究方向。激光熔覆对粉末、工艺性能的要求主要有：

①粉末的熔点低，自熔性、浸润性好，涂层的成型美观、无缺陷。②粉末有良好的流动性，颗粒成型为球状，大小均匀。③粉末有较高的抗开裂能力和较小的收缩线性。④激光熔覆一般多用于零件的磨损修理，所以还要求熔覆层有较高的硬度和耐磨性。此外，在粉末的选用上，还要考虑石化设备的修理、熔覆层对工艺介质的耐腐蚀性要求等因素。

经过对大量自熔性合金粉末的试验和筛选，我们改进了镍基自熔性合金粉末的成分，收效良好。镍基自熔性合金粉末中的元素“B”（硼）和“Si”（硅）的含量对熔覆层的成型质量影响显著，用于激光熔覆的粉末应严格控制“B”和“Si”的合理比例。

三、激光熔覆工业化应用实例

例1：对热电厂吸风机转子的修复。该转子长4 930mm、直径420 mm，材质40Cr。以前采用刷镀、低温镀铁等工艺进行修复，使用寿命和效果不佳，更换新件费用高、浪费大。该转子修复前的情况是：支撑轴承部位大面积磨损，比标准尺寸小0.03~0.05 mm，并有多处宽1~2 mm、深0.3~0.5mm的环状沟痕。经分析，决定采用硬度HRC30 左右的镍基粉末对其磨损表面进行激光熔覆，根据熔覆部位直径，设定加工机的主轴S 轴的转速、送粉量应保证熔覆层厚度为0.4 mm 左右。激光熔覆后，该转子熔覆表面成型均匀，表面硬度检测为HRC25，复型后投入使用至今，效果良好。

例2：对炼油厂火炬气螺杆压缩机壳体及阴阳转子的修复。该压缩机采用双螺杆压缩模式，工作介质为硫化氢，设备修复前冲刷及硫化氢腐蚀严重，已无法使用，压缩机解体后发现其壳体、端盖及阴阳转子都因物料中含有大量的腐蚀性气体而出现不同程度的腐蚀。壳体、端盖都已冲刷减薄3 mm 以上，阴阳转子的直径减小了1mm 左右，壳体、端盖的材质为铸铁，转子材质为铸钢，材料可焊性极差，修复工艺难度较高。由于当时炼油厂无备台或备件可换，生产急需恢复该设备的功能。该设备的了修复采用了激光熔覆技术的多层熔覆工艺，熔覆层数达到了5 层，最厚熔覆层总厚度达到4 mm，大面积熔覆取得成功（壳体、端盖的熔覆采用了复合工艺）。由于螺杆的螺旋线沟巢狭小，无法进行自动送粉，熔覆过程采用了手工涂粉，粉末量保证熔覆层厚度在0.35~0.4 mm之间，激光光斑进行直线往复运动，最初设定加工机功率、线速度、运动横向进给，工作参数比较保守。熔覆后发现覆层表面存在大量的气孔的缺陷，经分析认为是由转子原表面凹坑中的氧化物及污垢未去除干净所致。将氧化物及污垢清理干净后再进行熔覆，将功率增加，其它参数不变，则熔覆层成形质量明显提高，只有少量气孔。在熔覆第二层时，保持功率等参数不变，将线速度提高，熔覆层质量基本与熔覆普通碳钢零件表面相同。照此方法对阳转子螺杆部份的外表面熔覆了两层，然后在自制的专用胎具上让其与阴转子互研，采用手工打磨的方法去除高点后，再进行熔覆，如此反复进行，直至阴阳转子啮合完好，间隙满足要求。修复后试运转表明，设备功能恢复良好，压缩量基本满足生产工艺要求。

四、结语

在利用激光熔覆技术进行石化机械修复过程中需要注意的几个问题。第一，必须确认被修复基体的材质，以便选择修复涂层的材料。第二，由于修复层只与基体表面发生冶金结合，故修复尺寸需要谨慎控制，否则会影响基体的机械强度。第三，被修复工件进行机加工时，必须结合工件的工作原理和工作特点进行基准选择，要做到基准正确可靠，否则形位公差难以控制，工件无法正常工作，带来修复负影响。第四，对大型重要设备的关键零件修复后，除宏观上考察熔覆层形状、表面不平度、裂纹、气孔及稀释率外，微观上还应检测是否形成良好的组织，能否提供所要求的性能，必要时要进行质量寿命检测。

随着激光熔覆技术基础理论研究的不断深入和发展、熔覆材料及相关设备的不断开发和研制、自动化程度的不断提高，该技术的技术经济效益将日益突出，是发展再生经济的重要途径。

参考文献：

[1] 刘录录，孙荣禄.激光熔覆技术及工业应用研究进展[J].热加工工艺，2007，（36）

熔覆技术范文第7篇

关键词: 激光熔覆模具表面修复 保护

引言

在现代生产中,模具已成为大批量生产各种工业品和日用生活品的重要工艺装备之一。随着模具工业的迅速发展，采用模具成型的制品的比例在不断增加，对于模具的品种和数量的需求也在不断增加。为了减少大量制造模具带来的人力、物力、资源等方面的压力，采用先进的技术提高模具表面处理质量，从而在最经济的基础上延长模具的使用寿命，不仅能够降低制品的成本，提高经济效益，同时也减少了对于地球有限材料资源的消耗，显示出重要的社会效益。

随着表面工程技术的飞速发展，表面处理的技术、方法、工艺也在不断改进和创新，传统的模具表面处理技术如堆焊、电刷镀、热喷涂等，由于它们所产生的处理层与金属基体大多为机械结合，结合力较差，而且对工件的抗疲劳强度有一定的影响，在应用上受到一定的限制。激光熔覆技术是一种高新的表面处理技术，它利用激光束能量,使涂覆材料熔覆于工件表面而形成抗磨蚀层或抗磨层等预定的性能,提高工件的使用寿命。与传统的方法相比,该技术具有工件变形小，加工效率高、表层质量稳定，表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性显著提高等优点。

1激光熔覆技术

激光熔覆的试验研究始于20世纪70年代，1981年成功地在喷气发动机叶轮片上用激光涂覆钴基合金面并显著提高了其耐磨性。激光熔覆是材料表面改性技术的一种重要方法，它是利用高能的激光束（104-106 W/cm2）在金属表面辐照，通过涂覆材料的迅速熔化、扩展和迅速凝固，冷却速度达到102-106℃/s，在基材表面熔覆一层具有特殊物理、化学或力学性能的材料，从而构成一种新的复合材料，以弥补基体所缺少的高性能。

激光熔覆可以根据工件的工况要求，设计各种熔覆成分的金属或非金属，制备耐热、耐蚀、耐磨、抗氧化、抗疲劳或具有光、电、磁特性的表面覆层。

在激光熔覆技术中，影响涂覆层质量的因素除涂覆材料与基体材料外，工艺参数如保护气体的种类和流量、粉末的流量及送粉位置、激光器的功率、粉末喷嘴直径大小、扫描速度以及离焦量、预热温度等也对质量有显著影响。

2 应用举例

应用激光熔覆技术处理模具表面,既可以是对已加工成坯的制造模具的表面改性,也可以是对经历了一定数量的成形后正常失效的模具的表面修复,事实证明,只要正确掌握模具磨损的规律,在模具使用寿命周期内,及时进行表面保护性处理,就能够最大限度的延长模具的使用寿命.

应用激光熔覆技术关键在于涂覆材料的选择、工艺方法的确定、工艺参数的选择。熔覆材料包括自熔性合金材料、复合材料、陶瓷材料等，这些材料具有优异的耐磨、耐腐蚀性能，并通常以粉末的形式使用。各类熔覆材料的性能特点见表一。

激光熔覆工艺方法和工艺流程：

1．合金同步法，是指采用专门的送料系统在激光熔覆的过程中将合金材料直接送进激光作用区，在激光的作用下基材和合金同时熔化，然后冷却结晶形成合金熔覆层。该方法工艺过程简单，合金材料利用率高，可控性好，易于实现自动化，实际生产中较多采用。其工艺流程为：基材表面预处理预热送料激光熔化后热处理。

2．合金前置法，是指将待熔覆的合金材料以一定方法预先覆盖在材料表面，然后采用激光束在合金覆盖层表面扫描，使整个合金覆盖层及一部分基材熔化，激光束离开后熔化的金属快速凝固而在基材表面形成冶金结合的合金熔覆层。其工艺流程为：基材表面预处理预置熔覆材料预热激光熔化后热处理。

激光熔覆的工艺参数主要有：激光功率、扫描速度、光斑面积、送粉量等。

多数模具是在条件较为恶劣的工况条件下工作,模具表面的保护处理显得十分重要。以锻模为例，热锻模一般采用5CrNiMo或5CrMnMo合金工具钢制造，锻模在高温和一定载荷条件下工作，工况条件恶劣，要求模具表面需具有良好的高温强度、耐热疲劳性能及耐磨性能，采用激光熔覆表面处理技术可以实现要求。根据热锻模的实际工作情况，确定热锻模的表面涂覆材料为碳化物复合粉末NiCrAl/Cr3C2，工艺方法为合金同步法。具体工艺操作过程如下：

①基材熔覆表面预处理将基材表面加热到300-450℃左右去油或用有机清洗剂去油。用喷砂处理去除基材表面的锈蚀，并使其粗毛化，利于粉末的附着。

②预热在火炉内加热，使基材表面加热到一定的温度，适当减少基材与熔覆层之间的温差以减低熔覆层冷缩产生的应力。

③同步送粉激光熔化为保证熔覆质量，正确选择激光功率、扫描速度、光斑直径和送粉量，以保证激光光斑内的光功率密度分布均匀，使粉末流的形状和光斑的形状和尺寸相匹配，严格控制粉末流与基材、激光束三者间的相对位置。一般功率密度为103-108W/cm 2时，熔覆过程在0.1-1s内完成。

④后热处理采用炉内加热保温，充分后随炉冷却，以消除熔覆层的残余应力。

⑤机械加工进行机械加工并检查表面处理质量。

3结论

激光熔覆处理是一种快速凝固技术，可以获得一般平衡状态下难以获得的优异组织性能，它对于基材的要求无任何限制，可根据使用性能要求设计涂层的成分组成，在较为廉价的材料上制备出性能优异具有高结合强度的表层，这是其它表面处理工艺所无法比拟的。然而，目前激光熔覆技术还没有在工业生产中获得大范围的应用，主要是由于还存在以下问题而限制其发展。一是处理成本高，激光处理系统的固定资产及维持费用相对于常规的堆焊、热喷涂较高，推广应用激光处理技术，必须在提高生产率、降低能耗、节约贵重材料、大幅度提高使用性能或解决了用其它方法难以解决的技术关键问题的前提下才能实现。二是处理设备的精度与稳定性与工业生产应用的要求还有一定距离，应用中设备的不稳定是导致熔覆层存在质量缺陷的原因之一。三是作为新技术，还未有较为成熟的激光处理最佳工艺参数和涂层成分合理设计出现，还需要进一步探索和研究。基于同样问题，该技术在模具制造业上推广自然受到限制。

尽管目前激光熔覆技术还存在一些应用上的问题，但随着人们对激光理论和工艺研究的逐步深入，相信在不远的将来一定会在工业中挖掘出它的巨大潜力。

参考文献：

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[7]蔡洵. 表面工程技术工艺方法400种[M]. 北京.机械工业出版社.2006.5

熔覆技术范文第8篇

关键词：氩弧熔覆；TiC-TiB2；陶瓷涂层；硬度

1 引言

金属的磨损与失效是零部件损坏的主要原因，其一般的损坏部分多集中在零件表面，因此对于金属表面的防护及修复成为提高产品使用效率、降低能源材料消耗的关键问题。据不完全统计，我国每年因材料更换所引起的费用高达数千亿美元，其中以大中型零部件为主。采用表面熔覆涂层不仅对金属表面进行了有效的防护，更增强了复合材料的硬度以及耐磨性，是一种经济环保、性能可靠的防o技术[5]。

目前，针对零部件表面的耐磨改性主要采用喷涂，等离子熔覆或激光熔覆等，它们都能在很大程度上对金属基体进行有效防护，但成本过高，不适合于工业生产[6]。而采用氩弧熔覆技术的方法，应用的设备简单，操作方便，易于控制，在普通的金属基表面熔覆一层或多层稳定的复合涂层，不仅增强了金属表面的性能，更有效降低了成本。熔覆过程中，陶瓷相的加入一般有两种途径，一是陶瓷相的直接加入，二是在金属基体上原位合成陶瓷相。采用第二种原位合成的方法避免了直接加入而引起的裂纹、脱落等缺陷，得到的复合材料界面洁净、力学性能稳定，与金属基体结合良好。本文研究的目的在于通过氩弧熔覆技术将涂覆于金属基体表面的合金粉末熔化，在基体表面原位合成Fe基TiC-TiB2复合陶瓷相涂层，进而探讨复合涂层的力学性能。

2 制备TiC-TiB2复合涂层工艺探究

2.1原位自生合成技术

原位自生合成技术应用于氩弧熔覆焊接之前，它是近年来发展起来的一种方法，一经应用便广受关注。通过金属表面颗粒的影响进而增强复合材料的方法主要有两种：一种是通过外加颗粒，另一种即为原位自生合成。通过外加的方法虽然使增强体与基体之间的自由度增大，但由于外加增强体在理化性质上存在一定的不相容性，使得工艺变得复杂，成本也相应增加。而原位反应合成因其第二相与金属基体能够有理想的原位匹配，且界面无杂质对复合材料污染，所以能显著提高材料的热力学稳定性，改善材料界面的结合状态。同时原位合成相对非原位合成能够有效简化工艺，降低操作难度，进而使得工艺成本显著下降[7]。

本文采取原位自生合成的方法，将所需的两种固态粉末与粉末状基体按照一定比例进行混合，操作过程中需将混合粉末进行充分压实，干燥去气，为生成增强体颗粒，需将干燥去气后的压坯块置于温度高于基体熔点的环境下快速加热，使得在熔体介质中的两种混合粉末发生放热反应，然后通过二次成型即挤压成型得到待焊接试样。

原位合成具有一系列能使复合材料具有良好性能的优点，它能避免第二相不均匀分散的问题，同时能够解决外加颗粒方法中未能避免的界面结合不牢、理化性质不相容等问题[8-9]。

2.2 氩弧熔覆技术

2.2.1氩弧熔覆技术的基本原理

氩弧熔覆是利用电弧电离加热所产生的热量将涂覆于金属表面的合金粉末熔化，以使得合金粉末涂层与金属基体呈牢固的冶金结合的技术。氩弧熔覆技术所用电极为铈―钨极，其原理与采用金属钨做电极的原理相同，采用纯度为99.99%的工业氩气作为保护气，有效地保护了电极、熔覆区域以及金属基体，减少了有益成份的烧损以及在很大程度上避免了空气对熔覆过程中金属的有害影响[10]。其原理示意图如图1所示。

2.2.2钨极氩弧焊工艺

钨极氩弧焊（又称TIG焊），是在利用氩气作为保护气的条件下，以钨或其合金作电极对母材及复合材料进行电弧加热，以使其熔化焊接的技术，其间充填材可选择添加或不添加[11]。

焊接过程需要在一定热量下进行，钨极氩弧焊利用气体介质电离所产生的电弧热对材料进行熔化，此过程中阴极压降低，其在放电过程中，电流密度较大，因此加热速度较其他方法快，同时在局部发生融化后又以一定的速度冷却[11]。电弧可分为三个区域，即电弧各自与电源正负两极相连所对应的阳极区、阴极区以及阴阳两极间的弧柱区。热量的传递过程则包含辐射，对流以及热传递三种，热源与焊件之间的传递为辐射与对流，而母材受热后的热量传播则为热传递。

焊接时熔化的母材与焊接金属组成的具有一定形状的液体金属称之为熔池，它的形状，尺寸等参数对于熔池中的合金相以及冶金反应等有着重要的影响，同时熔覆过程中的缺陷均与熔池的形成有着不可分割的联系。熔池产生主要有过渡期、准稳定期及之后的稳定阶段。熔池形成初期称为过渡期，之后进入准稳定期，这期间熔池的形状、尺寸等均不再变化[12]。其准稳定期形状如图2所示。

2.2.3 氩弧熔覆制备工艺的特点

氩弧熔覆技术是一种性能优良，可有效保护熔覆过程的耐磨涂层制备工艺，其由于良好的应用性，在工业中的得到了很大程度的推广。其优点主要有：在整个熔覆过程采用氩气进行保护，有效降低了烧损和氧化现象的发生；利用氩弧进行加热能有效利用热能，其热量集中，能加热大部分材料，虽温度不及激光束，但性能足以满足工业需求；成本较低，设备廉价且易于操作，工程中应用较广；熔覆过程可采用手工焊接，操作灵活，可在复杂环境条件下进行野外作业[13]。

在实际操作过程中，氩弧熔覆也存在如下不足：采用手工焊接过程中，如在野外进行操作，其受作业环境影响较大，氩弧熔覆易受气流影响，因此对于易蒸发或低熔点的金属焊接难度较大。采用钨极作为保护电极时，其可负载的电流能力有限，致使焊接的速度以及焊缝的深度受到功率的影响，其结果是焊接速度较低且焊缝的熔深较浅。但正是由于这一特点，此工艺适宜制备陶瓷耐磨涂层。

2.3研究内容与实验方法

2.3.1研究内容

（1）熔覆涂层的工艺设计及成分配比

1）以钛铁粉、B4C粉为原料，通过计算设计出初步配比方案，对试验原料的配比进行分组，并分别进行均匀混合。

2）试验过程中，采用正交实验法以确定最佳的焊接参数，如氩气流量、焊接速度以及熔覆电流等，进而制备出符合实验要求的耐磨涂层。

（2）熔覆涂层的性能测定与对比分析

1）用布氏硬度计和洛氏硬度计分别对金属基体及耐磨涂层进行硬度测定，对比分析熔覆工艺对金属硬度的改善以及实验因素、参数对硬度的影响。

2）通过上述试验测定进而研究硬度等因素对复合材料耐磨性能的影响。

2.3.2实验方法

首先，利用电子天平对原始粉末进行称量，其精度为0.001 g，配比粉末的总质量为10 g，然后将粉末置于研钵中进行混合，研磨均匀。取适量合金粉末于培养皿中，用胶头滴管滴取少量水玻璃作粘结剂，并用玻璃棒搅拌均匀，搅拌过程中应特别注意粉末的干湿性，因为预敷在基体上的粉末材料过干则会使其不易涂刷，导致结合不牢固而在干燥过程中脱落，粉末材料过湿会使材料中存在间隙，进而在熔覆过程中产生气孔缺陷。获得干湿性良好的粉末后，直接将其敷在基体表面上，两侧用洁净的钢锯条控制预敷材料的厚度为0.8 mm或1.2 mm，厚度不宜过厚或过薄，否则将影响焊接效果，然后用经酒精擦洗的玻璃板压实去气，使预敷材料表面平整洁净。钢板两端要留出1 mm以上的空隙，以方便引弧操作。⒅票负玫氖匝放在通风无水的环境中自然干燥12 h，然后放置在干燥箱中100℃烘干2 h，使预敷材料获得较高的强度，以抵抗熔覆时氩气流的冲击。

然后采用手持型钨极氩弧焊机作为氩弧熔覆设备，并选用直径为2.5 mm的钨极，适用于手弧焊接。操作过程中注意对电流，氩气流速的调节以实现手动开关控制，同时及时对高频高压进行控制，以保证起弧的顺利完成。

3 熔覆涂层力学性能的探究

3.1 熔覆涂层硬度测试

硬度是反映材料强度、韧性等性能的主要标准，是检测综合性能的重要指标之一。基体采用布氏硬度计测试，试验力14710 F/N，平均直径4.15，硬度测试结果如表1所示。

熔覆涂层表面采用洛氏硬度计进行测试，结果如表2所示。

试样断面熔合线采用洛氏硬度计进行测试，结果如表3所示。

合金粉末中加入5%的Cr、Ni粉末，熔覆涂层表面洛氏硬度及断面熔合线硬度分别如表4、5所示。

试验过程中，通过检测显示，采用熔覆电流为140 A，氩气流速为6 L/min所得到的试件硬度最佳，其显著高于基体的硬度。

3.2 熔覆涂层耐磨性

试验中所用基体材料主要由铁素体及少量珠光体组成，其在磨粒磨损试验中失重较大，以此证明基体材料内并不含有硬质相以抵抗磨粒磨损。熔覆电流对复合材料的耐磨性也有着重要影响，当电流为120～160 A时，其耐磨层性能较好，电流为140 A时，耐磨性能最佳[14]。

4 结论

采用工业上常见的钛铁粉以及B4C粉末为主要原料进行预敷，以钨极氩弧焊产生的热量作熔覆热源，在Q235钢基体上原位自生TiC-TiB2复合陶瓷涂层，利用布氏硬度仪、洛氏硬度仪以及耐磨试验机等对涂层的力学性能进行了分析，得到的结论如下：

（1）采用以钨极为电极的氩弧熔覆技术对Q235钢基体和其表面的预敷材料进行加热，所供给的热量足以满足热源要求，实验成功制备出与Q235基体呈现出良好冶金结合的TiC-TiB2复合陶瓷涂层[15-16]；试验过程中的电弧电流和焊接速度对预敷材料的熔化有较大影响。氩弧熔覆的最佳工艺参数为：金属基体上预置的粉末涂层厚度为0.8～1.2 mm，熔覆电流145A～155 A，氩气流量选择为5.5～6 L/min，焊接速度为120 mm/min，电压则控制在20～22 V。

（2）预敷钛铁粉及B4C混合粉末时，测得的熔覆涂层表面及熔合线硬度明显高于基体，加入Cr、Ni等合金粉末，将提高复合材料熔覆涂层表面及熔合线附近区域的硬度[17]；合适的电流大小及熔覆速度有益于得到硬度较高的复合材料，当熔覆电流为160 A时，随着电流的降低以及熔覆速度的提高，熔覆层的硬度逐渐增大，电流140 A时最佳。

（3）Q235钢基体内并不含有硬质相以抵抗磨粒磨损，氩弧熔覆技术制备的陶瓷涂层能显著提高材料的耐磨性[18]。

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熔覆技术范文第9篇

关键词：液压支架；立柱；

0 引言

液压支架是矿井综采工作面最重要的支护设备，主要针对工作面顶板进行支撑并保护综采设备和作业人员的安全，立柱是实现支撑和承载的主要部件，一旦立柱出现故障，支架的支护能力则受到影响，综采工作面的安全系数将大大降低，直接影响安全生产，甚至造成无法估计的后果。立柱在使用过程中，由于缸体外表面在井下复杂的工作环境下受腐蚀、磨损、冲击等引起镀层脱落导致密封损坏，从而使立柱漏液或泄液，进而影响支架整体使用性能，导致工作面不能正常生产。因此，如何提升立柱外表面的耐磨、耐腐蚀、抗冲击性能，延长立柱的使用寿命，具有重要的意义。

1 立柱外表面失效原因及常见修复工艺

1.1 立柱外表面失效原因分析

由于井下工作环境特殊，井下湿度大（相对湿度约75%以上）且含有硫等腐蚀物质的粉尘较多，加之井下空气中含有二氧化硫、硫化氢等有毒有害气体，形成了井下复杂特殊的酸性和碱性腐蚀介质工作环境，立柱长期在这种环境下工作，表面承受冲击和腐蚀，出现了不同程度的锈蚀、斑坑以及镀层脱落等表面缺陷，影响了立柱的密封性能，造成了立柱在使用过程中的失效；另外，立柱在使用过程中，因局部磕碰或煤渣颗粒冲击和频繁的动作也会导致外表面磨损划伤而失效。因此，腐蚀和磨损成为了矿用液压支架立柱失效的主要形式。

1.2 立柱外表面常见修复工艺

目前，液压支架立柱外表面修复主要采用电镀镀铬工艺。电镀铬是利用电解工艺，将铬沉积在基体表面，形成铬镀层的表面处理技术，镀层与基体之间为物理结合。电镀具有以下几方面不足：（1）镀铬层由于硬度高所以脆性较大，铬层受到冲击时易发生裂纹，易造成起泡、锈蚀、耐腐蚀性不稳定；（2）电镀对环境影响极大，电镀过程中会产生大量危害人体健康的含六价铬废水，另外，电镀前需要对工件进行酸洗，会产生大量酸洗废水和清洗废水，造成水源污染和环境的破坏；（3）电镀工艺不适合立柱外表面局部修复，如立柱镀层有局部损伤，则需将整根立柱镀层整体电镀，增加了维修成本；（4）由于受电镀层厚度的限制，一般立柱中缸、活柱在电镀2次后，因退镀后再机加造成壁厚变薄，强度下降无法，再恢复到原有性能，不能循环使用，需彻底报废。

2 激光熔覆技术性能及特点

2.1 激光熔覆技术是一种新的表面改性技术，利用高能密度的激光束将熔覆材料与基材表面薄层一起熔凝的方法，从而达到熔敷层与基体冶金结合的效果，快速凝固后与基体材料形成具有耐蚀、耐磨、耐热、抗氧化等特性的冶金表面涂层， 是改善基体特性的一种表面处理工艺，达到表面改性或修复的目的。

2.2 激光熔覆修复技术特点：

（1）基体材料在激光加工过程中表面微熔，微熔层仅为0.05-0.1mm。基体热影响区极小，一般为0.1-0.2mm。

（2）激光加工过程中基体温升不超过80℃，激光加工后热变形小。

（3）激光熔覆技术可控性好，易实现自动化控制，熔敷粉末可根据基体材料和使用要求自由配比，可满足不同的修复需求。

（4）熔覆层与基体均无粗大的铸造组织，熔覆层及其界面组织致密，晶体细小，无夹杂、裂纹等缺陷，且成分、硬度均匀，能提供更好的耐蚀性，从而延长这些支撑装置的使用寿命，这是电镀技术不可企及的。

2.3 激光熔覆设备选择

我中心（神东煤炭集团设备维修中心）目前采用的是高功率的直接半导体激光器系统熔覆设备，激光器可提供4kW至10kW的输出功率范围（波长均为975nm）。10kW激光器提供“智能光束”自由空间输出，经配置后可输出多种光斑形状（宽度从1mm至12mm，长度从6mm至36mm），实现对熔覆宽度和厚度的高度控制，进而实现对大面积区域的快速处理。该系统的电光转换效率高出任何其他激光器类型（包括CO2、固体和光纤激光器）许多倍。由于这种系统产生既定输出功率所需的电流量较少，因此可以降低运营成本。此外，半导体激光器的尺寸更小，更易于集成到工作站中。并且，这也意味着它所生成的余热集中在一个相对较小的物理区域里，从而仅需要少量的循环水和一台冷却器便可实现有效冷却。最后，半导体激光器极高的可靠性和长寿命意味着低维护费用和极少的维护停机时间。

2.4 激光熔覆材料

立柱中缸、活柱外表面熔覆材料为一种镍基合金粉末，该合金粉末具有良好的润湿性、耐蚀性、高温自作用，且价格适中。熔覆空冷后具有良好的耐腐蚀、耐磨损及较好的抗裂纹性，其使用寿命是镀铬技术的6倍。

3 立柱中缸及活柱外表面激光熔覆工艺

3.1 工艺流程

图1 外表面立柱修复工艺流程图

3.2 工艺技术要求

（1）退镀车削

校正二端圆同心，车去电镀层、镀铜层表面单边约0.8-1.2毫米（端面倒角不可大于2×45°）。

（2）激光熔覆

装夹前检查缸径，去除熔覆区外表面电镀层、镀铜层及锈迹残留，设置好熔覆厚度所需送粉量，熔覆单边高度在1.4-1.6mm（特殊情况视车削尺寸调整），焊边接口平整，表面无气孔、裂痕等，量好尺寸，确认够车削加工尺寸后拆卸。熔覆后，一般夏天需空冷6-8小时，冬天空冷4-6小时，空冷后方可进行下一步加工。

（3）熔覆层车削

校正二端同心圆，二端倒角平整美观，检查熔覆面有无焊接裂痕、气孔以及焊接层是否够余量加工至要求尺寸（按轴f9公差值留足0.03-0.05mm抛光量），如有异常应及时处理后再车削至要求尺寸。

（4）熔覆层抛光

按抛光轮粗细顺序抛光工件表面，检查加工面有无缺陷，打磨去除二端焊接痕迹、毛刺，清除缸筒螺纹内杂物；抛光后外径满足f9公差等级尺寸，洛氏硬度不小于50；表面粗糙度小于Ra0.4，孔隙率小于10点/dm？￠

4 安全技术要求

4.1 作业前必须按照正确穿戴好劳动保护用品（戴好安全帽，穿防砸鞋，袖口、领口要扣好，女性头发要放入帽内，佩戴专用的防护眼镜）

4.2 认真检查设备各部件和防护装置是否完好，安全可靠。

4.3 开启设备总电源开关，开启机床操作面板电源，开启激光器水冷电源；开启激光器操作面板钥匙，待激光器准备就绪；打开氮气阀门，使激光器内通气。

5 结语

熔覆技术范文第10篇

具的工艺参数。提出了几种基于再制造技术的模具结构设计的方法。

关键词：塑料模具；失效机理；熔覆再制造技术

1.塑料模具的主要失效形式

塑料模具随着现代工业的快速发展得到了广泛应用，导致模具失效问题越来越普遍，造成大量的模具报废，严重影响了塑料制品的质量，模具的失效已成为制约塑料模具行业使用和发展的重要问题。

（1）表面磨损和腐蚀

塑料熔化后塑料颗粒以一定压力和速度在模具型腔内流动，以及冷却凝固后的塑料制品从模腔内中脱出，这都会使塑料件和模具型腔表面产生摩擦，并且塑料中含有较硬的固体填料如硅砂、云母粉、钛白粉、玻璃纤维等，则使磨损更为剧烈。

加之，一些塑料熔化后，其中含有氯、氟等成分的物质受热分解后会释放出氯化氢、氟化氢等腐蚀性气体，会使模具型腔表面产生腐蚀。这些因素的影响达到一定程度后就引起型腔表面粗糙度升高，最终导致模具尺寸超差而失效，从而造成塑料制品质量不合格。

（2）断裂

形状结构复杂的塑料模具会存在棱角和薄壁部位，这些部位会使应力集中。当该应力超出了材料的强度极限时就产生了微裂纹，随着集中应力的不断增加，微裂纹也会不断地扩大，最终导致模具断裂。断裂失效是常见的危害严重的失效形式，约占总失效形式的三到四成。分型面棱角的断裂就会造成塑料制品的飞边，对这类失效一般是用激光熔覆修复，然后进行打磨、抛光处理。

（3）变形

塑料模具在制造和使用过程中，由于模具材料本身承载能力不足以抵抗外加载荷，从而引起表面皱纹、凹陷、棱角堆塌、麻点等局部的塑性变形，超出了模具要求的尺寸范围，造成了模具失效，在失效比例中约占一到两成。局部的塑性变形一般都可以用氩弧焊、激光、等离子熔覆修复。

2.塑料模具失效机理及预防措施、修理方法

2.1塑料模具表面磨损和腐蚀失效

表面磨损和腐蚀在失效形式中约占四到五成，是塑料模具失效的主要形式。塑料模具在使用过程中表面磨损和腐蚀使型腔表面粗糙度变大、模具尺寸超差，造成塑料制品质量不合格。模具的表面磨损和腐蚀其主要原因是模具在使用过程中其表面在高温腐蚀性塑料固体颗粒冲刷作用下，使模具表面产生氧化-冲蚀的失效现象。

2.2塑料模具表面氧化-冲蚀的物理模型

（1）表面氧化模型

塑料模具在使用中造成表面粗糙度值提高和尺寸超差主要是由于氧化-冲蚀磨损造成的，从而造成模具的失效。模具材料、表面氧化物、磨粒的性能及磨粒冲击角等是研究塑料模具表面磨损和腐蚀失效机理的重要内容。一般塑料模具的材料具有良好的延展性，而塑料模具表面氧化物则表现出脆性。

（2）塑脆流失模型

在低温状态下，模具型腔表面的氧化膜薄与基体结合牢固且具有韧性，当模具表面氧化膜在塑料粒子冲击下开始塑性变形，但并没有发生开裂或剥落现象，这样就产生了金属冲蚀，模具表面质量流失表现出塑性材料的特性。当氧化膜足够厚且与表面结合强度高的情况下，其冲蚀行为表现出脆性破坏特性。当表面氧化物膜足够厚，且在冲蚀下发生开裂但还没大片剥落情况下，这时高温塑料粒子会被压入塑料模具表面内，此时氧化膜下的金属会被挤压出氧化膜的裂缝，出现一层含有金属和氧化物的复合层，在这复合层上将发生冲蚀行为，产生氧化影响冲蚀。这时模具表面复合层的冲蚀行为表现出即是塑性又是脆性的，复合层的冲蚀行为的脆塑性表现与该层中的氧化物含量有关。如果氧化膜是脆性且与模具表面结合不牢固，就会产生剥落式和连续式两种氧化控制冲蚀情况。

对塑料模具表面氧化-冲蚀的研究显示，模具表面高温氧化-冲蚀现象存在四种机制，四种机制分别为冲蚀为主、氧化促进冲蚀、氧化抑制冲蚀和氧化为主的4种机制。当温度从环境温度升高到T1，这时是以冲蚀为主的区段，模具表面质量损失随温度的升高而增加，当温度从T1升高到T2，这个区段为氧化促进冲蚀，模具表面质量损失随温度的升高而增加。当表面氧化层温度升高到T2后的一个较窄的T2~T3温度区间，形成氧化抑制冲蚀区域，并起到抗冲蚀的作用。曲线在高温区段时塑料模具表层质量损失随温度升高再度升高。如果温度继续升高，氧化变得越来越严重而冲蚀作用相对降低，模具表层质量流失将上升。研究表明，温度高低、塑料粒子的冲击速度快慢和冲击角度的大小以及模具材料性能优劣直接影响塑料模具表面高温氧化-冲蚀程度。

3.再制造技术的概述

再制造技术是对局部损伤的零件采用先进的表面工程技术，通过再制造修复后继续使用，对已经损坏的部件进行整体更换处理。并针对不同的失效原因采取相应的修复措施使产品的使用寿命延长，挖掘废旧产品中的潜在附加值是再制造技术的宗旨。

再制造技术不仅仅是维修，它属于绿色制造，具有自身独立的学科方向。再制造技术的理论基础是产品的再制造性评价、失效分析和寿命预测。其内容包括：再制造性评价与设计、产品失效机理分析、产品剩余寿命评估、再制造加工技术。

塑料模具再制造技术的内容（1）在塑料模具的设计阶段，要考虑模具的再制造性设计；

（2）在塑料模具的服役至报废阶段，要考虑模具的全寿命周期信息跟踪；（3）在塑料模具的报废阶段，要考虑对模具的非破坏性拆解、低排放式物理清洗；（4）要进行塑料模具的失效分析及剩余寿命演变规律的探索；（5）要完成塑料模具失效部位的具有高结合强度和良好力学性能的表面覆层的设计，以及在修复后模具尺寸超差部位的机械加工及质量控制等。

在塑料模具设计阶段应考虑再制造性。型腔用于成型塑料制品外表面，其结构分为整体式、局部镶嵌式、大面积或四壁拼合的组合式。如图所示为整体式型腔结构。整体式型腔由整块材料加工而成，使用中刚性好，一般不会产生变形，生产的塑料制品表面质量好，无拼接线。但整体式型腔结构加工困难、热处理不便、特别是维修困难，因此只适用于形状简单的中小型模具。从再制造的角度出发一般采用如下几种型腔结构。

斜面对合导向结构。使用导柱、导套导向，虽然对中性好，但毕竟由于导柱和导套之间有配合间隙，导向精度相对难以达到极高的标准，因此有采用直接在模板上开设出定位斜面或者采用斜面定位镶块，并在定位斜面上镶嵌上耐磨的淬火镶块，如图所示。这样就能提高使用寿命，不需要经常拆卸更换，且便于调节精度。

4.参考文献

[1] 肖文军，等．我国塑料模具钢发展前景及应用状况[J]．南方金属，2006，(149)：2

[2] 江健．浅析注塑模具的发展[J]．广西轻工业，2011，(3)：1～2