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一种电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法及其应用

阅读：1107发布：2020-08-17

IPRDB可以提供一种电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法及其应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于激光熔覆技术领域，具体公开了一种电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法及其应用。所述端盖材料为灰铸铁，所述端盖设有内孔，在所述端盖内孔表面的接触配合位置设有激光熔覆层，所述激光熔覆层包括镍基层和硬质合金层，所述镍基粉层由镍基粉末熔覆至端盖表面制成，所述硬质合金粉末层由硬质合金粉末熔覆至镍基粉层表面制成；所述镍基层厚0.2~0.4mm，所述硬质合金层厚0.7~0.9mm。本发明所述电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆层能提高电机轴灰铸铁端盖的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电特性，所述合金层之间冶金结合，其结合性好，不容易脱落，使用寿命长，且激光熔覆工艺不存在污染。，下面是一种电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法及其应用专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法，其特征在于，所述端盖材料为灰铸铁，所述端盖上设有内孔，在所述端盖内孔表面的接触配合位置进行改性形成激光熔覆层，所述激光熔覆层包括镍基层和硬质合金层，所述镍基粉层由镍基粉末熔覆至端盖表面制成，所述硬质合金粉末层由硬质合金粉末熔覆至镍基粉层表面制成；所述镍基层厚0.2~

0.4mm，所述硬质合金层厚0.7 0.9mm；所述改性激光熔覆层由顺序进行的下列步骤制成：~

S1.端盖配合位置磨削：对端盖的配合位置内孔进行车削机加工，去除缺陷疲劳层；

S2.盖板变位机装夹找正：装夹后找正，内孔圆中心与变位机转盘中心同轴；

S3.镍基层熔覆：采用激光熔覆工艺对端盖的配合面内孔表面进行熔覆镍基层，所述镍基层分两层进行熔覆，第一层熔覆层与端盖基材部分冶金结合；第二层熔覆层与第一层熔覆层冶金结合，优选地，所述第一层镍基层厚0.1 0.2mm、第二层镍基层厚0.2 0.3mm；

~ ~

S4.硬质合金层熔覆：采用激光熔覆工艺在第二层镍基层上进行熔覆第三层硬质合金层；

S5.对内孔进行机加车削到所需精度。

2.根据权利要求1所述电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法，其特征在于，所述灰铸铁成分具体为：w（C）=2.6% 3.8%；w（Si）=1.2% 3.0%；w（Mn）=0.4% 1.2%；w（P）≤0.4%；w（S）~ ~ ~≤0.15%。

3.根据权利要求1所述电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法，其特征在于，所述硬质合金粉末中含Si、Ni、Cr、Fe、Mo、C和Mn等元素；优选地，其成分质量百分比为：C 0.1% 0.5%；Si 0.5% 0.1%；Ni 1.5% 2.0%；Cr 15% 20%；Mn 0.8% 1.2%；Fe 余量。

~ ~ ~ ~ ~

4.根据权利要求1所述电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法，其特征在于，所述镍基粉末为球状粉末，粒径53 150μm，包含Ni、C、Si、Fe、Cr、Mo、Nb等元素；优选地，其成分质量~百分比为：

C ≤0.01% 0.05%；Si 0.1% 0.5%；Fe 1.0% 1.5%；Cr 20.0% 25%；Mo 5.0% 10%；Nb ~ ~ ~ ~ ~

3.5% 4.0%，Ni 余量。

5.根据权利要求1所述电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法，其特征在于，所述激光熔覆工艺参数具体为：激光功率：100 1000W；光斑直径：0.5 5mm；扫描线速度：5 20mm/s；

~ ~ ~

正离焦；送粉速度：2 10g/min；无预热。

6.根据权利要求1所述电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法，其特征在于，步骤S3所述第一层镍基层厚0.1 0.2mm、第二层镍基层厚0.2 0.3mm。

~ ~

7.根据权利要求1所述电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法，其特征在于，步骤S4所述第三层硬质合金层厚0.6 0.8mm。

8.根据权利要求1所述电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法，其特征在于，步骤S4还包括在所述第三层硬质合金层上进行激光熔覆第四层硬质合金层。

9.根据权利要求8所述电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法，其特征在于，所述第四层硬质合金层厚0.6 0.8mm。

10.一种权利要求1 9任一项所述电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法在电机轴~灰铸铁端盖上的应用。

说明书全文

一种电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法及其应用

技术领域

[0001] 本发明属于激光熔覆技术领域，更具体的，涉及一种电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法及其应用。

背景技术

[0002] 电机轴的端盖形状比较复杂，机加工麻烦，难度大，只能铸造制备。端盖材料一般为灰铸铁，由于材料本身性能原因，轴承配合位置容易磨损，一般在配合位置采用电镀工艺增加一层硬铬层，提高零件使用寿命。

[0003] 但在实际使用中，采用电镀工艺增加一层硬铬层存在以下问题：1.致密度问题，电镀层无法达到100％致密度，所以表面存在针孔，在一定条件下会诱发生锈起泡，最终导致镀层剥落；2.结合力问题，电镀层表面一旦发生损伤，由于电化学腐蚀原因，会出现大面积镀层剥落，最终导致工件失效；3.环境问题，六价铬为吞入性毒物/吸入性极毒物，皮肤接触可能导致敏感；更可能造成遗传性基因缺陷，吸入可能致癌，对环境有持久危险性。但这些是六价铬的特性，铬金属、三价或四价铬并不具有这些毒性。在欧盟，会致癌或突变的六价铬都不允许公开贩售。同时，端盖采用电镀工艺增加硬铬层时，端盖作为镀件进入工艺溶液进行表面处理或电镀，这些溶液附着在镀件表面随镀件带入清洗水中；在此过程中，工艺溶液在工艺过程中给工作人员带来极大困扰：工艺溶液有可能洒落到地面；或被电极反应产生的气体形成“气雾”带出，进入排风系统；或在镀液过滤时遗留在滤芯上；或由于镀槽、管道破损泄露镀液；镀液失效废弃；这些清洗水、洒落液和气雾中的酸、碱、氰化物、重金属物质都会对环境造成污染。

[0004] 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。

[0005] 同时，在灰铸铁表面进行熔覆，由于碳含量较高，高温烧损严重，熔池底部产生的气体破坏熔池，极难成型。因此，研究激光熔覆技术在灰铸铁端盖表面涂层制备工艺中的应用意义重大。

发明内容

[0006] 针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法。

[0007] 本发明的另一目的在于提供一种电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法在电机轴灰铸铁端盖表面的应用。

[0008] 本发明的发明目的是通过以下技术方案实现：

[0009] 一种电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法，所述端盖材料为灰铸铁，所述端盖上设有内孔，在所述端盖内孔表面的接触配合位置进行改性形成激光熔覆层，所述激光熔覆层包括镍基层和硬质合金层，所述镍基粉层由镍基粉末熔覆至端盖表面制成，所述硬质合金粉末层由硬质合金粉末熔覆至镍基粉层表面制成；所述镍基层厚0.2～0.4mm，所述硬质合金层厚0.7～0.9mm；所述改性激光熔覆层由顺序进行的下列步骤制成：

[0010] S1.端盖配合位置磨削：对端盖的配合位置内孔进行车削机加工，去除缺陷疲劳层；

[0011] S2.盖板变位机装夹找正：装夹后找正，内孔圆中心与变位机转盘中心同轴；

[0012] S3.镍基层熔覆：采用激光熔覆工艺对端盖的配合面内孔表面进行熔覆镍基层，所述镍基层分两层进行熔覆，第一层熔覆层与端盖基材部分冶金结合；第二层熔覆层与第一层熔覆层冶金结合，优选地，所述第一层镍基层厚0.1～0.2mm、第二层镍基层厚0.2～0.3mm；

[0013] S4.硬质合金层熔覆：采用激光熔覆工艺在第二层镍基层上进行熔覆第三层硬质合金层；

[0014] S5.对内孔进行机加车削到所需精度。

[0015] 本发明提供一种电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法，创造性的在电机轴灰铸铁端盖表面进行激光熔覆改性，形成激光熔覆镍基粉层和硬质合金层，首先在端盖基体表面熔覆镍基粉层，然后在镍基粉层上进行硬质合金层的激光熔覆，镍基粉末的硬度较低，通过中间层把两种成分的金属进行冶金结合，硬质合金层作为功能面合金层，提供耐腐蚀、耐磨等功能。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。

[0016] 本发明创造性的采用熔覆层作为电机轴灰铸铁端盖表面熔融层，激光熔覆后熔覆层致密度可达到100％，不会存在熔融层易剥落的现象；熔覆层与工件表面为冶金结合，而不是传统的机械结合，表面出现损伤，由于冶金结合的原因，损伤出不会扩散，可及时修复，保证零件使用寿命；同时，本发明采用的激光熔覆工艺为绿色无污染工艺，对环境及作业人员没有危害。

[0017] 进一步地，所述灰铸铁成分具体为：w(C)＝2.6％～3.8％；w(Si)＝1.2％～3.0％；w(Mn)＝0.4％～1.2％；w(P)≤0.4％；w(S)≤0.15％。

[0018] 进一步地，所述硬质合金粉末中含Si、Ni、Cr、Fe、Mo、C和Mn等元素；优选地，其成分质量百分比为：

[0019] C 0.2％；Si 0.75％；Ni 1.8％；Cr 16％；Mn小于1.0％；Fe余量。

[0020] 进一步地，所述镍基粉末为球状粉末，粒径53～150μm，包含Ni、C、Si、Fe、Cr、Mo、Nb等元素；优选地，其成分质量百分比为：

[0021] C≤0.03％；Si 0.4％；Fe 1.4％；Cr 21.5％；Mo 9.0％；Nb 3.8％，Ni余量。

[0022] 进一步地，所述激光熔覆工艺参数具体为：激光功率：100～1000W；光斑直径：0.5～5mm；扫描线速度：5～20mm/s；正离焦；送粉速度：2～10g/min；无预热。

[0023] 进一步地，步骤S3所述第一层镍基层厚0.1～0.2mm、第二层镍基层厚0.2～0.3mm。

[0024] 进一步地，步骤S4所述第三层硬质合金层厚0.6～0.8mm。

[0025] 进一步地，步骤S4还包括在所述第三层硬质合金层上进行激光熔覆第四层硬质合金层，优选所述第四层硬质合金层厚0.6～0.8mm。

[0026] 本发明还公开一种电机轴灰铸铁端盖，其端盖内孔表面设有上述电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆层。

[0027] 与现有技术相比，本发明的有益效果：

[0028] (1)本发明创造性的在灰铸铁表面进行激光熔覆改性，在端盖表面形成激光熔覆层，熔覆层密度高，硬度、耐磨性和防腐性也同时获得提高，能提高电机轴灰铸铁端盖的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电特性，所述合金层之间冶金结合，其结合性好，不容易脱落，使用寿命长，且激光熔覆工艺不存在污染。

[0029] (2)本发明为传统灰铸铁热加工提供了一种有效的工艺方法，使用激光熔覆技术，在灰铸铁表面进行激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有或影响极小，其热影响的区域小，工件热变形小后续加工量最小。

[0030] (3)发明创造性的在灰铸铁表面进行激光熔覆改性，激光束易于导向、聚焦、实现方向变换，极易与数控系统配合及对复杂工件进行加工，因此它是一种极为灵活的加工方法，可以有效地解决常规熔焊方法解决不了的难题。

[0031] (4)在灰铸铁表面熔覆由于碳含量较高，高温烧损严重，熔池底部产生的气体破坏熔池，极难成型。本发明创造行的通过增加一层或多层较小能量输入、润湿性较好的打底层，起到表层与基材的隔绝作用，使得表层熔池不受影响最终行程较好的合金层，无缺陷、美观。

附图说明

[0032] 附图1为本发明电机轴灰铸铁端盖结构简图。

[0033] 附图2为本发明步骤S3激光熔覆过程激光熔覆头位置示意图。

[0034] 附图3为实施例1电机轴灰铸铁端盖机加后探伤图。

具体实施方式

[0035] 下面结合具体实施例进一步说明本发明。下述实施例仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。除非特别说明，下述实施例中使用的原材料和设备为本领域常规使用的原材料和设备。

[0036] 本实施例中采用原料如下：

[0037] 灰铸铁牌号HT200，灰铸铁成分：w(C)＝2.6％～3.8％；w(Si)＝1.2％～3.0％；w(Mn)＝0.4％～1.2％；w(P)≤0.4％；w(S)≤0.15％。

[0038] 镍基粉末，其成分见表1。

[0039] 表1

[0040] 镍基 C％ Si％ B％ Fe％ Cr％剩余 Mo％ Nb％ HRC HVIn625 ≤0.03 0.40 ----- 1.4 21.5 Ni 9.0 3.8 17 230

[0041] 硬质合金粉末，其成分见表2。

[0042] 表2

[0043] 铁基 C％ Si％ Ni％ Cr％剩余 Mo％ Mn％ HRC HV431HC 0.2 0.75 1.8 16 Fe ---- ＜1.0 53 560

[0044] 实施例1

[0045] 本实施例提供一种电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法及通过该方法形成激光熔覆层的电机轴灰铸铁端盖。

[0046] 所述电机轴灰铸铁端盖结构简图如图1所示，包括电机轴灰铸铁端盖主体1和内孔2，在内孔2的端盖配合位置(即内孔2的上部分)表面设有激光熔覆层3。

[0047] 所述电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法的步骤如下：

[0048] S1.端盖配合位置磨削：对端盖内孔的配合位置进行车削机加工，去除缺陷疲劳层；

[0049] S2.盖板变位机装夹找正：装夹后找正，内孔圆中心与变位机转盘中心同轴；

[0050] S3.镍基层熔覆：采用激光熔覆工艺对端盖的配合面内孔表面进行熔覆镍基层，附图2为本发明步骤S3激光熔覆过程激光熔覆头位置示意图。所述镍基层分两层进行熔覆，第一层熔覆层与端盖基材部分冶金结合；第二层熔覆层与第一层熔覆层冶金结合，所述第一层镍基层厚0.1mm、第二层镍基层厚0.2mm。

[0051] S4.硬质合金层熔覆：采用激光熔覆工艺在第二层镍基层上进行熔覆第三层硬质合金层，然后在第三层硬质合金层上熔覆第四层硬质合金层；

[0052] S5.对内孔进行机加车削到所需精度。

[0053] 本实施例中激光熔覆工艺参数包括：保护气为99.999％的高纯氩；道间距(激光熔覆面是由单道熔覆通过螺旋搭接形成面的，所以单道与单道之间存在搭接量，也可以表述为单道与单道中心距离)，激光功率：P；光斑直径：0.5～5mm，略大于工作面粉焦；扫描线速度：V；正离焦；送粉速度：2～10g/min；无预热。

[0054] 具体工艺参数如下表3所示：

[0055] 表3

[0056]层数 P(W) v(mm/s) 离焦送粉量保护气道间距层厚粉末
1 300 10 5 0.5 10 1 0.1 In625
2 350 10 5 0.8 10 1 0.2 In625
3 400 10 5 1.5 10 0.6 0.4 413HC
4 450 10 5 1.5 10 0.6 0.4 413HC

[0057] 实施例2

[0058] 本实施例提供一种电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法及通过该方法形成激光熔覆层的电机轴灰铸铁端盖。

[0059] 所述电机轴灰铸铁端盖结构简图如图1所示，包括电机轴灰铸铁端盖主体1和内孔2，在内孔2的端盖配合位置(即内孔2的上部分)表面设有激光熔覆层3。

[0060] 所述电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法的步骤如下：

[0061] S1.端盖配合位置磨削：对端盖内孔的配合位置进行车削机加工，去除缺陷疲劳层；

[0062] S2.盖板变位机装夹找正：装夹后找正，内孔圆中心与变位机转盘中心同轴；

[0063] S3.镍基层熔覆：采用激光熔覆工艺对端盖的配合面内孔表面进行熔覆镍基层，附图2为本发明步骤S3激光熔覆过程激光熔覆头位置示意图。所述镍基层分两层进行熔覆，第一层熔覆层与端盖基材部分冶金结合；第二层熔覆层与第一层熔覆层冶金结合，所述第一层镍基层厚0.1mm、第二层镍基层厚0.2mm。

[0064] S4.硬质合金层熔覆：采用激光熔覆工艺在第二层镍基层上进行熔覆第三层硬质合金层，然后在第三层硬质合金层上熔覆第四层硬质合金层；

[0065] S5.对内孔进行机加车削到所需精度。

[0066] 本实施例中激光熔覆工艺参数包括：保护气为99.999％的高纯氩；道间距(激光熔覆面是由单道熔覆通过螺旋搭接形成面的，所以单道与单道之间存在搭接量，也可以表述为单道与单道中心距离)，激光功率：P；光斑直径：0.5～5mm，略大于工作面粉焦；扫描线速度：V；正离焦；送粉速度：2～10g/min；无预热。

[0067] 具体工艺参数如下表4所示：

[0068] 表4

[0069]层数 P(W) v(mm/s) 离焦送粉量保护气道间距层厚粉末
1 300 10 5 0.5 10 1 0.1 In625
2 350 10 5 0.8 10 1 0.2 In625
3 400 10 5 1.5 10 0.8 0.3 413HC

[0070] 实施例3

[0071] 本实施例提供一种电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法及通过该方法形成激光熔覆层的电机轴灰铸铁端盖。

[0072] 所述电机轴灰铸铁端盖结构简图如图1所示，包括电机轴灰铸铁端盖主体1和内孔2，在内孔2的端盖配合位置(即内孔2的上部分)表面设有激光熔覆层3。

[0073] 所述电机轴灰铸铁端盖表面激光熔覆改性方法的步骤如下：

[0074] S1.端盖配合位置磨削：对端盖内孔的配合位置进行车削机加工，去除缺陷疲劳层；

[0075] S2.盖板变位机装夹找正：装夹后找正，内孔圆中心与变位机转盘中心同轴；

[0076] S3.镍基层熔覆：采用激光熔覆工艺对端盖的配合面内孔表面进行熔覆镍基层，附图2为本发明步骤S3激光熔覆过程激光熔覆头位置示意图。所述镍基层分两层进行熔覆，第一层熔覆层与端盖基材部分冶金结合；第二层熔覆层与第一层熔覆层冶金结合，所述第一层镍基层厚0.1mm、第二层镍基层厚0.2mm。

[0077] S4.硬质合金层熔覆：采用激光熔覆工艺在第二层镍基层上进行熔覆第三层硬质合金层，然后在第三层硬质合金层上熔覆第四层硬质合金层；

[0078] S5.对内孔进行机加车削到所需精度。

[0079] 本实施例中激光熔覆工艺参数包括：保护气为99.999％的高纯氩；道间距(激光熔覆面是由单道熔覆通过螺旋搭接形成面的，所以单道与单道之间存在搭接量，也可以表述为单道与单道中心距离)，激光功率：P；光斑直径：0.5～5mm，略大于工作面粉焦；扫描线速度：V；正离焦；送粉速度：2～10g/min；无预热。

[0080] 具体工艺参数如下表5所示：

[0081] 表5

[0082]层数 P(W) v(mm/s) 离焦送粉量保护气道间距层厚粉末
1 300 10 5 0.5 10 1 0.1 In625
2 350 10 5 0.8 10 1 0.2 In625
3 450 10 5 1.5 10 0.4 0.8 413HC

[0083] 对比例1

[0084] 本实施例提供一种市面上常用的设有电镀层的电机轴灰铸铁端盖。该端盖与实施例1结构相同，不同点在于配合位置内孔设有电镀硬铬层。本实施例所述端盖为电机的一个配件，为型号JD156A电机的轴承室端盖，与实施例1～3中端盖型号一致。

[0085] 测试实施例

[0086] 对实施例1～3和对比例1中端盖进行使用寿命、相关性能及生产指标检测。其中，使用寿命测试具体为：将实施例1～3和对比例1中端盖置于电机中，为型号JD156A电机的配件轴承室端盖进行使用，至报废所需要的时间为其使用寿命。

[0087] 其中，附图3为实施例1所示电机轴灰铸铁端盖的机加后探伤图。

[0088] 实施例1～3和对比例1具体实验结果及相关性能参数对比见下表6。

[0089] 表6

[0090]

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