一种截齿及激光熔覆制备截齿的方法与流程

本发明涉及金属激光熔覆，具体涉及一种截齿及激光熔覆制备截齿的方法。

背景技术：

1、截齿是一种用于采煤机的重要零部件，它的作用是在采煤过程中将煤炭从煤层中割离出来，截割过程中截齿承受较大的冲击载荷，是最容易磨损和损坏的部件，目前，煤机行业中采煤用的截齿材质多为经过热处理后的42crmo，该材质的截齿在持续的冲击载荷工况条件下，会因磨损过量而迅速失效，需要经常停机更换，因此截齿的性能直接影响着采煤机的工作效率。

2、激光熔覆技术是一种新的表面改性技术，是将熔覆层材料与金属基材表面完全熔化并快速凝固，熔覆层与基体材料表面形成完全冶金结合，是一种“绿色环保型处理工艺”，具有加工效率高、使用范围广、熔覆层稀释度低、结合力强的特点。激光熔覆层表面质量致密，稀释率低，在煤机行业已经得到大规模应用。

3、激光熔覆技术也存在一些亟需解决的问题，如激光熔覆过程中的熔池骤热骤冷过程中温度差值大、熔覆层与基材的热膨胀系数差异大等因素，极易引起应力造成的涂层开裂，而且截齿承受较大的冲击载荷，截齿刀头一直处于应力集中状态，这就更容易使存在裂纹缺陷的熔覆层脱落、失效，从而大大降低激光熔覆涂层对截齿的强化效果。

技术实现思路

1、针对熔覆层与基材结合强度低等技术问题，本发明提供一种截齿及激光熔覆制备截齿的方法，采用激光熔覆两层涂层的方式对截齿表面强化，制得的截齿基材与熔覆层之间有优异的结合强度，截齿表面硬度高、耐磨性强。

2、第一方面，本发明提供一种截齿，包括截齿基材，截齿基材表面激光熔覆有熔覆层，熔覆层包括铁基过渡涂层及镍基合金和碳化钨复合涂层；铁基过渡涂层激光熔覆于截齿基材表面，镍基合金和碳化钨复合涂层激光熔覆于铁基过渡涂层表面。

3、进一步的，熔覆层与截齿基材的结合强度值为420~430mpa，该强度接近316l不锈钢的抗拉强度。

4、第二方面，本发明提供一种激光熔覆制备截齿的方法，包括如下步骤：

5、s1、在截齿基材表面激光熔覆不锈钢粉末，形成铁基过渡涂层；

6、s2、在铁基过渡涂层表面激光熔覆镍基合金粉末和碳化钨粉末的混合粉末，形成镍基合金和碳化钨复合涂层；

7、s3、激光熔覆后的截齿基材进行梯度降温。

8、进一步的，步骤s1中，不锈钢粉末为316l不锈钢气雾化制得的球形粉末，粉末球形度≥85%，粉末粒径为35~53μm；不锈钢粉末包括如下重量百分数的化学成分：c 0.02%、cr17.98%、ni 10.75%、mo 2.39%、mn 1.20%、nb 0.98%、w 0.12%、si 0.03%，余量为fe和不可避免的杂质元素。

9、进一步的，步骤s1中，激光熔覆的工艺条件为，光斑直径为3~5mm，线速度为4000mm/min，功率为5000~6000w，送粉量为10~12g/min，搭接率为45%~50%，送粉器气流量设置为8l/min，保护气流量为12l/min，熔覆厚度0.3~0.4mm。

10、进一步的，步骤s2中，镍基合金粉末为镍基合金气雾化制得的球形粉末，球形度≥85%，粉末粒径为35~53μm；碳化钨粉末为碳化钨气雾化制得的球形粉末，粉末粒径为53~150μm。

11、进一步的，步骤s2中，镍基合金粉末包括如下重量百分数的化学成分：c 0.45%、cr5.8%、fe 6.34%、b 2.0%、si 0.25%、mn 0.15%、v 0.10%，余量为ni和不可避免的杂质元素；混合粉末中碳化钨粉末的重量百分占比为5%~50%。

12、进一步的，步骤s2中，激光熔覆的工艺条件为，光斑直径为3~5mm，线速度为1000~1200mm/min，功率为4500~5500w，送粉量为20~24g/min，搭接率为45%~50%，送粉器气流量设置为8l/min，保护气流量为12l/min，熔覆厚度1.2~1.3mm。

13、进一步的，步骤s2中，在铁基过渡涂层表面激光熔覆之前，对激光熔覆完铁基过渡涂层的截齿基材进行预热，加热至截齿基材温度为300℃。

14、进一步的，步骤s3中，梯度降温的工艺条件为，截齿基材激光熔覆完成后，置于恒温箱进行保温，恒温箱初始温度设置为300℃，保温2~2.5h后，按照50℃/h的温度梯度降至室温。

15、本发明的有益效果在于：本发明在截齿基材表面激光熔覆一层低硬度的铁基过渡涂层，用来减小镍基合金和碳化钨复合涂层和基材之间受热后因热膨胀系数差异而引起的残余应力集中，并且铁基过渡涂层316l不锈钢属于无磁不锈钢材料，打磨时无火花现象，满足矿用机械在使用安全方面的要求。同时，本发明激光熔覆后配合保温、缓冷的工艺方式，缓慢释放激光熔覆过程产生的残余应力，避免残余应力过度集中导致熔覆层开裂，获得完整、无裂纹缺陷的激光熔覆强化涂层，熔覆层与截齿基材结合强度高，具有硬度高、耐磨性强等优点。

技术特征：

1.一种截齿，包括截齿基材，其特征在于，截齿基材表面激光熔覆有熔覆层，熔覆层包括铁基过渡涂层及镍基合金和碳化钨复合涂层；铁基过渡涂层激光熔覆于截齿基材表面，镍基合金和碳化钨复合涂层激光熔覆于铁基过渡涂层表面。

2.如权利要求1所述的一种截齿，其特征在于，熔覆层与截齿基材的结合强度值为420~430mpa。

3.一种激光熔覆制备权利要求1所述截齿的方法，其特征在于，包括如下步骤：

4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤s1中，不锈钢粉末为316l不锈钢气雾化制得的球形粉末，粉末球形度≥85%，粉末粒径为35~53μm；不锈钢粉末包括如下重量百分数的化学成分：c 0.02%、cr 17.98%、ni 10.75%、mo 2.39%、mn 1.20%、nb 0.98%、w 0.12%、si0.03%，余量为fe和不可避免的杂质元素。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤s1中，激光熔覆的工艺条件为，光斑直径为3~5mm，线速度为4000mm/min，功率为5000~6000w，送粉量为10~12g/min，搭接率为45%~50%，送粉器气流量设置为8l/min，保护气流量为12l/min，熔覆厚度0.3~0.4mm。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤s2中，镍基合金粉末为镍基合金气雾化制得的球形粉末，球形度≥85%，粉末粒径为35~53μm；碳化钨粉末为碳化钨气雾化制得的球形粉末，粉末粒径为53~150μm。

7. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤s2中，镍基合金粉末包括如下重量百分数的化学成分：c 0.45%、cr 5.8%、fe 6.34%、b 2.0%、si 0.25%、mn 0.15%、v 0.10%，余量为ni和不可避免的杂质元素；混合粉末中碳化钨粉末的重量百分占比为5%~50%。

8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤s2中，激光熔覆的工艺条件为，光斑直径为3~5mm，线速度为1000~1200mm/min，功率为4500~5500w，送粉量为20~24g/min，搭接率为45%~50%，送粉器气流量设置为8l/min，保护气流量为12l/min，熔覆厚度1.2~1.3mm。

9.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤s2中，在铁基过渡涂层表面激光熔覆之前，对激光熔覆完铁基过渡涂层的截齿基材进行预热，加热至截齿基材温度为300℃。

10.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤s3中，梯度降温的工艺条件为，截齿基材激光熔覆完成后，置于恒温箱进行保温，恒温箱初始温度设置为300℃，保温2~2.5h后，按照50℃/h的温度梯度降至室温。

技术总结
本发明涉及金属激光熔覆技术领域，具体涉及一种截齿及激光熔覆制备截齿的方法。截齿包括截齿基材，截齿基材表面激光熔覆有熔覆层，熔覆层包括铁基过渡涂层及镍基合金和碳化钨复合涂层；铁基过渡涂层激光熔覆于截齿基材表面，镍基合金和碳化钨复合涂层激光熔覆于铁基过渡涂层表面。制备方法包括：S1、在截齿基材表面激光熔覆不锈钢粉末，形成铁基过渡涂层；S2、在铁基过渡涂层表面激光熔覆镍基合金粉末和碳化钨粉末的混合粉末，形成镍基合金和碳化钨复合涂层；S3、激光熔覆后的截齿基材进行梯度降温。本发明采用激光熔覆两层涂层的方式对截齿表面强化，制得的截齿基材与熔覆层之间有优异的结合强度，截齿表面硬度高、耐磨性强。

技术研发人员：尹逊岩,何建群,王文涛,葛廷坤,黄腾
受保护的技术使用者：山东镭研激光科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15