一种降低内孔镗刀磨损率的激光熔覆粉末的制作方法

本发明具体涉及一种降低内孔镗刀磨损率的激光熔覆粉末，用于激光熔覆加工煤矿液压立柱中/外缸内孔的技术中。

背景技术：

1、经过十几年的发展，激光熔覆技术在煤矿液压立柱修复领域的应用已经普遍受到人们的认可和接受。行业内对提高加工效率和降低生产成本的关注度越来越高。目前，液压立柱中/外缸的内孔修复的主流方式还是传统的电弧堆焊熔铜技术，该技术与激光熔覆技术相比主要存在以下不足：(1)能耗高、效率低且污染严重；(2)铜材的价格昂贵；(3)铜堆焊层并不防腐蚀；(4)堆焊工件的热变形大、堆焊层的厚度厚、耗材浪费严重。

2、针对上述电弧堆焊熔铜技术的行业痛点，有人提出使用激光熔覆不锈钢合金粉末来解决现存问题，该技术具有的熔覆效率高、焊材成本低廉、绿色环保的技术优势。但是，该技术受到了镗孔效率低的影响并未普及开来，其具体原因为：为保护液压立柱的外圆涂层，使其不被中/外缸内壁涂层材料快速磨损掉，激光熔覆所用的熔覆材料多为较软的奥氏体不锈钢材料，奥氏体不锈钢材料因其具有较高的高温强度和高温硬度、导热性差、加工相变硬化率高等特点，常导致镗刀位的局部温度骤然升高而快速磨损。此外，因奥氏体不锈钢的铁削不易断削以及内孔排削困难的影响，容易使刀尖位置发生积瘤现象，进一步加速了刀尖的磨损。而刀尖的磨损会进一步加剧奥氏体不锈钢熔覆层材料的加工硬化，从而使镗削加工效率低下甚至是停止作业，使激光熔覆技术在煤矿领域内的推广受到阻碍。为解决奥氏体不锈钢切削性能的不足，有人尝试在激光熔覆合金粉末中加入硫元素、铅元素、钙元素等易切削元素，但是这些元素容易引起不锈钢开裂和腐蚀，不适合于激光熔覆在液压立柱中/外缸内孔上的应用。

3、公开号为cn100535171的中国专利公开了“一种铜碳易切削不锈钢及制备方法”，该专利的制备方法中需要把该合金加热到1000～1080摄氏度，然后保温、油淬，此外，还需要在500～700摄氏度时效5～10小时，显然这种热处理方法过于复杂且热处理工艺价格昂贵，不适合液压立柱中/外缸内壁的修复。公开号为cn107760930b的中国专利公开了“一种用于修复离心球磨管模内壁的半导体激光熔覆镍基合金粉末”，该专利使用的是镍基高钨、钼合金材料，这种合金不但价格昂贵并且比奥氏体不锈钢更加难以镗削。

4、现有技术中尚未报道出保护镗刀不被快速磨损且适合于激光熔覆技术的新材料。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有激光加工技术难以满足液压立柱中/外缸内壁的修复需求，且容易导致不锈钢开裂和腐蚀的技术问题，而提供一种降低内孔镗刀磨损率的激光熔覆粉末。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

3、一种降低内孔镗刀磨损率的激光熔覆粉末，其特殊之处在于，成分以百分比计包括：

4、c：0.04wt％～0.06wt％；cr:18.3wt％～18.5wt％；cu:3.9wt％～4.1wt％；ta：0.75wt％～0.85wt％；v：0.29wt％～0.31wt％；mn：0.22wt％～0.26wt％；si：0.3wt％～0.4wt％；s≤0.030wt％；p≤0.030wt％；其余为fe。

5、进一步地，成分以百分比计包括：

6、c：0.04wt％；cr：18.3wt％；cu：3.9wt％；ta：0.75wt％；v：0.29wt％；mn：0.22wt％；si：0.3wt％；o：0.009wt％；s：0.011wt％；p：0.007wt％；fe为余量。

7、进一步地，成分以百分比计包括：

8、c：0.06wt％；cr：18.5wt％；cu：4.1wt％；ta：0.85wt％；v：0.31wt％；mn：0.26wt％；si：0.4wt％；o：0.006wt％；s：0.008wt％；p：0.010wt％；

9、fe为余量。

10、进一步地，成分以百分比计包括：

11、c：0.05wt％；cr：18.4wt％；cu：4.0wt％；ta：0.80wt％；v：0.30wt％；mn：0.24wt％；si：0.35wt％；o：0.007wt％；s：0.010wt％；p：0.004wt％；fe为余量。

12、与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

13、1)本发明降低内孔镗刀磨损率的激光熔覆粉末，首先通过适量的铬元素、钽元素、钒元素三元联用，获得结构单一的铁素体基体相，即保证了工况环境下熔覆层的耐蚀性的基本需求又降低镗刀的温度集中，还降低了镗刀的磨损率，防止了熔覆层的加工硬化现象的产生，增加了机加切削效率；其次，在上述元素的成分范围和相变产物的基础上，再通过加入3.9～4.1wt％的铜元素促进了0.82v％的碳化物和3.87v％的金属间化合物沉淀析出，使熔覆层在镗削加工时更易断削，减少了镗刀的刀尖位积瘤现象的发生，防止镗刀的磨损，进一步地增加了切削效率；最后，通过相变设计方式使熔覆层的微观组织由铁素体相+均匀分布富铜相组成，该组合相具有自润滑减摩的功能，以此进一步降低镗刀的磨损和提高熔覆层的切削效率。

14、2)本发明降低内孔镗刀磨损率的激光熔覆粉末，降低了磨损率提高了使用寿命，使得刀粒的使用寿命由以前的平均0.7平方米/粒上升至平均3.2平方米/粒。

15、3)本发明降低内孔镗刀磨损率的激光熔覆粉末，加入的锰元素、硅元素主要为除去氧元素、硫元素和磷元素，防止熔覆层出现缺陷和热裂纹；经激光熔覆后熔覆层不开裂且耐腐蚀，其耐腐蚀性可达抵抗中性盐雾试验500小时，解决了液压立柱中/外缸内孔在激光熔覆时不易开裂和腐蚀的问题。

16、4)本发明降低内孔镗刀磨损率的激光熔覆粉末，与激光熔覆奥氏体不锈钢相比，无需降低熔覆效率或增加复杂的辅助热处理工艺且材料成本价格低廉，其材料成本仅为奥氏体不锈钢的75％左右。

技术特征：

1.一种降低内孔镗刀磨损率的激光熔覆粉末，其特征在于，成分以百分比计包括：

2.根据权利要求1所述的一种降低内孔镗刀磨损率的激光熔覆粉末，其特征在于，成分以百分比计包括：

3.根据权利要求1所述的一种降低内孔镗刀磨损率的激光熔覆粉末，其特征在于，成分以百分比计包括：

4.根据权利要求1所述的一种降低内孔镗刀磨损率的激光熔覆粉末，其特征在于，成分以百分比计包括：

技术总结
本发明具体涉及一种降低内孔镗刀磨损率的激光熔覆粉末，用于激光熔覆加工煤矿液压立柱中/外缸内孔的技术中，解决现有激光加工技术难以满足液压立柱中/外缸内壁的修复需求，且容易导致不锈钢开裂和腐蚀的技术问题。该降低内孔镗刀磨损率的激光熔覆粉末，成分以百分比计包括：C：0.04wt％～0.06wt％；Cr:18.3wt％～18.5wt％；Cu:3.9wt％～4.1wt％；Ta：0.75wt％～0.85wt％；V：0.29wt％～0.31wt％；Mn：0.22wt％～0.26wt％；Si：0.3wt％～0.4wt％；O≤0.015wt％；S≤0.030wt％；P≤0.030wt％；其余为Fe。本发明既保证了工况环境下熔覆层的耐蚀性的基本需求又降低镗刀的温度集中，还降低了镗刀的磨损率，防止了熔覆层的加工硬化现象的产生，增加了机加切削效率，提高了镗刀的使用寿命。

技术研发人员：王晓飚,曹伟业
受保护的技术使用者：西安必盛激光科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12