液压支架激光熔覆应用研究

液压支架激光熔覆应用研究

1激光熔覆试验材料（1）激光焊接的基本原理。激光熔覆技术是将合金粉末或陶瓷粉末以不同的填料方式在被熔覆基体表面上涂覆,在激光束作用下把涂覆粉末迅速加热并熔化,并快速凝固后与基体材料形成具有耐蚀、耐磨、耐热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。激光熔覆技术具有无环境污染、操作安全、熔覆成品率高和易实现自动化生产且熔覆层质量稳定等优点,所以在材料表面处理领域应用十分广泛,其原理图如图1所示。(2)激光熔覆工艺方法本论文实验所采用材料添加方式为预置法。激光器采用Nd:YAG固体脉冲激光器,激光功率密度值为1358W/mm2,工艺参数为激光功率80W、扫描速度100mm/min、离焦量8mm、脉宽3ms、频率25Hz。(3)试验材料熔覆材料选用自熔性Ni60合金粉末,粒度200~300目。基体材料采用液压支架用钢27SiMn,试样规格为φ114×7×50,表面用粗砂纸打磨并用丙酮清洗干净。2微织构岩组织的显微观察激光熔覆工艺决定了熔覆层分为3个区域:熔覆区、结合区和热影响区。在不同的材料体系和工艺参数条件下,熔池结晶的形态各不相同,如平面晶、胞状树枝晶、柱状晶、树枝晶和等轴晶等。沿垂直于扫描方向用慢走丝切割机床将试样切开,采用去离子水在切取过程中冷却。然后用固定的夹具将试样固定,经砂纸粗磨、精磨、抛光和腐蚀液腐蚀后,用于观察金相组织。基体与熔覆层结合界面处的显微形貌如图2所示。由图可知,基体与熔覆层相当紧密地结合在一起且界面分明,没有形成气孔,并且熔覆层与基体中间存有一条细微的亮白合金元素交互扩散结合过渡带。这表明Ni60合金熔覆层与基体生成了高质量的冶金层。由于受到激光高温熔覆,基体下表层区域形成了一定深度的热影响带,该区域由于热传导的影响而发生相变,等同于进行了热处理,因此晶粒极其细小紧密。温度随着与熔覆层距离的增大而逐渐降低,由此形成相变区、部分相变区和原始基体组织共存的微观组织,其微观组织的变化具有梯度性。在熔覆层的剖面上取一点,放大1000倍,显微组织如图3所示。从图中可知,熔覆层组织主要由非常细小的胞枝状树枝晶和枝晶组成,经分析可知,主要由γ-Ni、γ和γ′相固溶体及CrB、Ni3B等硼化物相和多元共晶组成。组织致密,枝晶间距为10~30μm。综合上述结果可见,在所采用的工艺参数下,27SiMn钢试样表面光滑,并且熔覆层内部组织比较致密、均匀。3微织构材料的显微硬度-ni固熔体本实验采用的是HV-1000型显微硬度计,采用维氏压头测定显微硬度。由图4可知,深度方向熔覆层的显微硬度值为HV660~797,硬度值在界面处发生突变,基体的硬度值最低(退火或高温回火状态:≤HV230)。因此,熔覆层的显微硬度远高于被熔覆的基体,是基体硬度的2~4倍。这是由于大量的合金元素存在于Ni60合金粉末中,激光熔覆是快速冷凝过程,γ-Ni固熔体中固熔的大量铬、硅、铁、硼、碳等元素处于一种过饱和状态,固熔强化显著,凝固结晶速度快,组织得到细化。这种硬度分布特征保证了熔覆层具有较高的耐磨性。同时,激光的快速加热和金属粉末的快速凝固导致了熔覆层组织的细化及硬质颗粒的弥散强化等,从而形成均匀的组织,这与图4呈现的整个熔覆层的硬度分布比较均匀是相吻合的。综合上述分析结果可以看出,熔覆层的显微硬度远高于基体的硬度,熔覆效果良好。4抗疲劳试验和涂层侵蚀试验4.1乙醇、丙酮有机溶剂的水溶液腐蚀液采用30%的HNO3溶液、36%~38%的HCl溶液、10%的NaOH溶液、NaCl溶液(57g+1L水)和乙醇、丙酮有机溶剂的混合液。实验步骤:(1)试样用乙醇和丙醇有机溶剂擦拭干净后,浸入NaOH溶液5~15min;(2)把试样取出用水洗净;(3)浸入HNO3溶液中,直至熔覆层试样表面光洁;(4)将试样在温度为(35±2)℃的条件下放入腐蚀液中浸泡24h,取出用水洗净并吹干。4.2微观缺陷引起的点蚀有一层酸性条件下形成的腐蚀产物在试验后出现在试样表面,熔覆层腐蚀后的微观形貌如图5所示。从图5分析得出,有明显的缝隙腐蚀现象出现在接近熔覆层表面的微小气孔周围。这表明熔覆层内部腐蚀容易由表面缝隙渗透延伸进去,并且有极其细小的微裂纹存在于气孔周围,此缝隙的宽度为0.02~0.11mm。在熔覆层表面,有直径为准1mm左右的点蚀坑,造成此现象的原因是熔覆层表面钝化后,钝化膜处于修复与溶解的动态平衡状态中,Cl-的浓度在溶液中很高,有形成铁的氯化物的几率。当钝化膜破坏后,开始形成点蚀,同时Cl-的半径很小,可以穿过钝化膜进入膜内从而引起点蚀。因熔覆材料Ni60合金粉末中含有大量能提高材料耐蚀性的元素Cr和Ni,因此熔覆合金粉末本身的耐腐蚀性能很强。因激光加热后熔覆层晶粒极细,因此没有观