一种激光合金化耐磨板及其制备方法与流程

1.本发明涉及耐磨板技术领域，尤其是涉及一种激光合金化耐磨板及其制备方法。


背景技术：

2.低、中合金耐磨钢的合金含量低，是近年来国内发展较快的钢种。低合金钢(合金元素含量<5％)和中合金(合金元素含量6％
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8％)在通常情况下贵重元素如ni含量较少，所含有的元素如cr，mn，mo，si等国内资源丰富；钢中添加的合金元素主要有cr，mn，si，mo，ni，al，w等。这些合金元素可以提高耐磨钢的淬透性和淬硬性，通过不同的热处理可以获得所需要的力学性能。
3.低合金钢的力学性能特别是硬度和韧性可以在很大的范围内调整，可根据不同的使用条件，将强度、冲击韧度和耐磨性能综合考虑和匹配。一般耐磨性随硬度的提高而增强，同时因脆性而引起断裂的风险增加。
4.双金属耐磨板由低碳钢板和合金耐磨层两部分组成，抗磨层一般占总厚度的1/3
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1/2。工作时由基体提供抵抗外力的强度、韧性和塑性等综合性能，由耐磨层提供满足指定工况需求的耐磨性能。由于双金属耐磨板复合层数一层至两层以至多层，复合过程中由于合金收缩比不同，表面出现均匀横向裂纹，裂纹深度可达基体，在有较大冲击力作用的工况下使用有，会产生耐磨层掉块脱落而失效。


技术实现要素：

5.本发明的第一目的在于提供一种激光合金化耐磨板，该耐磨板能够解决现有技术中存在的耐磨层掉块脱落的问题；
6.本发明的第二目的在于提供一种激光合金化耐磨板制备方法，该方法用于上述耐磨板的制备。
7.本发明提供一种激光合金化耐磨板，其包括基材和合金化层；
8.所述基材的表面经激光合金化工艺形成合金化层，且合金化层中合金成分从表面到内部呈梯度分布，合金化层与基材结合强度高于或等于基材材料强度。
9.优选的，所述基材为低碳钢板。
10.优选的，所所述基材包括q235板材、q345板材和20crmo板材。
11.优选的，所所述基材的厚度为10～20mm，合金化层的厚度为1～3mm。
12.优选的，所在激光合金化工艺中采用合金粉生成合金化层，合金粉为二元或多元合金粉。
13.优选的，所所述合金粉包括fe、ni、cr、co、wc或sic。
14.一种激光合金化耐磨板制备方法，采用该方法制备如以上所述的激光合金化耐磨板，包括以下步骤：
15.清洁基材表面，对清洁后的基材表面进行激光扫描辐照形成合金化层。
16.优选的，在清洁基材表面步骤之后还包括在清洁后的基材表面预置合金粉层。
17.优选的，预置合金粉层包括将配置好的合金粉与粘结剂混合，用喷涂或刷涂方法均匀的置于基材表面。
18.优选的，在清洁基材表面步骤之后还包括在清洁后的基材表面预置吸光涂料。
19.有益效果：
20.由基材和合金化层构成的激光合金化耐磨板是一种复合耐磨钢板，该复合耐磨钢板具有双层金属结构。合金化层为耐磨钢板的耐磨层，耐磨层中合金成分从表面到内部呈梯度分布，耐磨层与基体结合强度高于或等于基体材料强度，耐磨层在冲击过程中能吸收和传递能量而不会脱落。激光合金化耐磨板有较高的强度、一定的伸长率，良好的韧性和可焊接性，及良好的耐磨、抗振动和抗冲击性能。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明具体实施方式提供的激光合金化耐磨板不加合金粉激光合金化(截面)示意图，合金化程度垂直表面向下逐渐减弱；
23.图2为本发明具体实施方式提供的激光合金化耐磨板加合金粉激光合金化(截面)示意图，合金化程度和合金元素分布(图中点分布所示)垂直表面向下逐渐减弱。
24.附图标记说明：
25.1：基材；2：合金化层。
具体实施方式
26.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
28.此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.如图1、图2所示，本实施方式提供了一种激光合金化耐磨板，其包括基材1和合金化层2。
30.基材1的表面经激光合金化工艺形成合金化层2，且合金化层2中合金成分从表面到内部呈梯度分布，合金化层2与基材1结合强度高于或等于基材1材料强度。
31.由基材1和合金化层2构成的激光合金化耐磨板是一种复合耐磨钢板，该复合耐磨钢板具有双层金属结构。合金化层2为耐磨钢板的耐磨层，耐磨层中合金成分从表面到内部呈梯度分布，耐磨层与基体结合强度高于或等于基体材料强度，耐磨层在冲击过程中能吸收和传递能量而不会脱落。激光合金化耐磨板有较高的强度、一定的伸长率，良好的韧性和可焊接性，及良好的耐磨、抗振动和抗冲击性能。
32.激光合金化工艺是激光金属表面合金硬化的简称：用激光辐照金属表面，使其表面快速熔化并再结晶，以在金属表面形成硬度更高的薄层；如果激光辐照的金属表面添加了新合金物质，用激光辐照它们熔化，互溶并再结晶，形成具有新的物理化学性能的新合金物质。
33.具体的，基材1为低碳钢板。进一步的，基材1包括q235板材、q345板材和20crmo板材。基材1的厚度为10～20mm。
34.采用上述基材1保证了耐磨钢板的韧性和塑性，并提供了抗外力的强度，具有高耐磨性、耐冲击、可变形和可焊接等性能，可像钢板一样直接进行卷曲变形、切割和打孔等加工环节，以满足不同工况下对耐磨板的要求
35.基材1优选q235板材，厚度3～10mm；长、宽可按市售耐磨板规格(1500x6000)或按用户要求定制。
36.合金化层2的厚度为1～3mm。
37.在激光合金化工艺中采用合金粉生成合金化层2，合金粉为二元或多元合金粉。合金粉包括fe、ni、cr、co、wc或sic。
38.具体的，合金粉是
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300目合金微细粉，合金粉成分由fe、ni、cr、co、wc、sic元素根据需要配置。另外，根据需要还可以添加c、si、b、co
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wc等元素。
39.在本实施方式中，还提供了一种激光合金化耐磨板制备方法，采用该方法制备如以上所述的激光合金化耐磨板，包括以下步骤：
40.清洁基材1表面，对清洁后的基材1表面进行激光扫描辐照形成合金化层2。
41.激光合金化工艺包括两种方案；
42.第一种方案是添加合金粉，具体的如以下所示：
43.在清洁基材1表面步骤之后还包括在清洁后的基材1表面预置合金粉层。
44.预置合金粉层的步骤为：
45.预置合金粉层包括将配置好的合金粉与粘结剂混合，用喷涂或刷涂方法均匀的置于基材1表面。
46.粘结剂的制备方法是：以酒精为溶剂某种可溶树脂为溶质的粘结剂。
47.第二种方案是不添加合金粉，具体的如以下所示：
48.在清洁基材1表面步骤之后还包括在清洁后的基材1表面预置吸光涂料。不同成分的吸光涂料根据激光波长、基体成分、表面光洁度选用。
49.另外，在此步骤中，也可以不预置吸光涂料，直接对清洁后的基材1表面进行激光
扫描辐照形成合金化层2。
50.激光合金化耐磨板生产制造过程中，是采用1
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5万瓦激光器高效大规模生产。根据板材尺寸可使用一套或多套激光熔覆设备同时加工一块钢板。
51.为了对上述激光合金化耐磨板制备方法进行进一步的说明，本实施还提供了在实际生产过程中激光合金化耐磨板具体的制备过程：
52.在一种实施方式中提供了一种激光合金化耐磨板，包括基材1和合金化层2，具体的如图1所示。基材1为q235板，厚度10mm、长和宽各500mm，合金化层2厚度为3mm。激光合金化工艺流程及工艺参数：
53.1.对基材1表面激光清洗；
54.采用500w光纤输出激光清洗机，机械手编程扫描清除基材1表面油污和氧化层。
55.2.预置吸光涂料；
56.将吸光涂料均匀喷涂于基体表面。
57.3.激光扫描；
58.激光功率10000w、光斑尺寸26mmx3mm、搭接量4mm、直线扫描速度900mm/min。合金化层2表面平整无裂纹，硬度hrc20
‑
23。
59.在此实施方式中，所用激光合金化吸光涂料为以石墨粉为骨料的自制吸光涂料。
60.在另一种实施方式中提供了一种激光合金化耐磨板，包括基材1和合金化层2，具体的如图2所示。基材1为q235板，厚度10mm、长和宽各500mm，合金化层2厚度为3mm。激光合金化工艺流程及工艺参数：
61.1.基材1表面激光清洗；
62.采用500w光纤输出激光清洗机，机械手编程扫描清除基材1表面油污和氧化层。
63.2.预置合金粉；
64.将合金粉均匀刷涂于基材1表面。
65.3.激光扫描；
66.激光功率10000w、光斑尺寸26mmx3mm、搭接量4mm、直线扫描速度900mm/min。合金化层2表面平整无裂纹，硬度hrc52
‑
55。
67.在此实施方式中，所用合计粉末材料为wc，粒度
‑
300目。
68.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。