一种轧辊表面耐磨耐蚀激光熔覆修复层制备方法与流程

1.本发明属于冶金工程领域，具体涉及一种轧辊表面耐磨耐蚀激光熔覆修复层制备方法。


背景技术：

2.轧辊广泛应用于各生产、制造企业，其体积大、质量能达到上百吨。轧辊的造价昂贵，因其主要工作部位是表面，常采用表面强化方式提升使用性能，而其最易发生失效的部位也是表面，大多是磨损、破裂、锈蚀失效。针对上述失效，常采用堆焊修复或直接更换的方式处理，但是堆焊耗时长且因堆焊材料和工装的限制不能进行高质量修复，而更换轧辊运输不便、风险大、费用高，经济损失大。
3.激光熔覆是将金属粉末或金属预制涂层经激光加热熔化后，在特定区域自由熔积生成熔覆层的方法，修复效率高，工艺简单，是未来轧辊高效修复的方向。因此，针对轧辊修复层的耐磨耐蚀性能需求，发明创造一种轧辊表面耐磨耐蚀激光熔覆修复层制备方法是很有必要的。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明目的是提供一种轧辊表面耐磨耐蚀激光熔覆修复层制备方法，利用该方法对能对因表层磨损、破裂、锈蚀而失效的轧辊进行修复，制备出耐磨耐蚀的激光熔覆修复层，确保轧辊能够满足服役要求，延长轧辊使用寿命，减少经济损失。
5.技术方案：本发明公开的轧辊表面耐磨耐蚀激光熔覆修复层制备方法，包括以下步骤：
6.s1、调配基础ni合金粉末，采用的合金配比如下：c：0.67～0.82wt％，cr：14.6～16.8wt％，si：3.8～4.2wt％，fe：14.6～15.8wt％，w：2.8～3.2wt％，b：3.26～3.84wt％，余量为ni和不可避免的杂质；
7.s2、调配辅助生成原位自生增强相粉末，将纯度99％以上的b4c粉末、纯度99％以上的ti粉末称量混合，按照摩尔比b4c:ti＝1:5～3配比；
8.s3、将辅助生成原位自生增强相粉末添加到基础ni合金粉末中，添加量为3.5～11.5wt％；在基础ni合金粉末的c、cr、w、b含量较高时，应减少辅助粉末添加量，防止制备的激光熔覆修复层开裂；
9.s4、将配置好的粉末混合并烘干；
10.s5、将干燥粉末加入5％的pva溶液，调制成糊状，根据修复所需面积、厚度均匀涂敷在待修复的轧辊表面，形成预制层；
11.s6、采用co2激光束，abb机器人系统，对涂敷好的预制层进行激光扫描，激光功率为1.5～2kw，扫描速度为3～5mm/s，根据辅助生成原位自生增强相粉末的添加量和预制层的厚度进行调节，添加量越高、预制层越厚，越要采用高激光功率和低扫描速度，熔覆完成后自然冷却至室温，去除熔覆层表面的黑色氧化层，再打磨至与轧辊原表面齐平。
12.其中，s1中粉末颗粒尺寸为40～90μm。
13.进一步的，s2中粉末颗粒尺寸为75μm。
14.进一步的，s4中将配置好的粉末倒入行星式球磨罐，放入球磨机中混合至少120min后取出，放入180℃烘干箱干燥30min。
15.进一步的，s5中预制层高出轧辊原表面0.2mm。
16.进一步的，s6中扫描光斑直径为φ5mm，搭接率为33％。
17.有益效果：本发明相对于现有技术：
18.1、调配的ni合金粉末，c：0.67～0.82wt％，确保了激光熔覆修复层的强度；cr：14.6～16.8wt％，提供了优良的耐蚀性且贡献一定的强度；si：3.8～4.2wt％，保证了激光作用下，杂质能够有效脱渣，减少对修复层的质量影响；w：2.8～3.2wt％，b：3.26～3.84wt％，w、b元素的合金化作用明显，提高修复层的综合力学性能；余下的ni保证了与轧辊的相容性，且ni具有优异的耐蚀性能，贡献一定的强度。该调制粉末经激光熔覆后能达到60hrc，为该修复层奠定了耐磨耐蚀的基础；
19.2、辅助生成原位自生增强相粉末的调配，b4c粉末和ti粉末的混合，在激光作用下能够发生3ti b4c＝tic 2tib2和5ti b4c＝tic 4tib的反应，在激光熔覆层中生成原位自生的tic、tib2、tib陶瓷颗粒，具有极高的硬度、强度和优异的耐磨性，均匀分布在ni合金基体中，生成了耐磨耐蚀的激光熔覆修复层；
20.3、b4c粉末和ti粉末按照摩尔比b4c:ti＝1:5～3配比，确保能够使上述反应良好地进行，充分利用了基础ni合金粉末中的c和b；
21.4、利用浓度为5％的pva溶液把粉末调制成糊状，涂敷在待修复的轧辊表面，能够防止同步送粉法导致的堵孔、熔覆层不均匀的问题。5％pva溶液能有效黏合粉末的同时，经激光作用会完全挥发，不会对熔覆层产生影响。
附图说明
22.图1为实施例1熔覆层xrd图谱；
23.图2为实施例1熔覆层表面的sem图；
24.图3为实施例1熔覆层表面部分区域的eds能谱图。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。
26.实施例1
27.一种轧辊表面耐磨耐蚀激光熔覆修复层制备方法，包括以下步骤：
28.s1、调配基础ni合金粉末，采用的合金配比如下：c：0.67wt％，cr：14.6wt％，si：3.8wt％，fe：14.6％，w：2.8wt％，b：3.26wt％，余量为ni和不可避免的杂质，粉末颗粒尺寸为40μm。
29.s2、调配辅助生成原位自生增强相粉末，将纯度99％以上的b4c粉末、纯度99％以上的ti粉末称量混合，按照摩尔比b4c:ti＝1:5配比，粉末颗粒尺寸为75μm。
30.s3、将辅助生成原位自生增强相粉末添加到基础ni合金粉末中，添加量为11.5wt％。
31.s4、将配置好的粉末倒入行星式球磨罐，放入球磨机中混合120min后取出。把混合后粉末取出，放入180℃烘干箱干燥30min。
32.s5、取出干燥粉末，放入玛瑙研钵中，倒入浓度为5％的pva溶液把粉末调制成糊状，根据修复所需面积、厚度均匀涂敷在待修复的轧辊表面，形成预制层，预制层应高出轧辊原表面0.2mm。
33.s6、采用co2激光束，abb机器人系统，对涂敷好的预制层进行激光扫描，激光功率为1.5kw，扫描速度为3mm/s，光斑直径为φ5mm，搭接率为33％，熔覆完成后自然冷却至室温，用砂轮机将熔覆层表面的黑色氧化层去除，再用砂纸打磨至与轧辊原表面齐平。
34.如图1所示，从xrd图谱可以得出，熔覆层中的主要物相为(fe,ni)，crfeb，tic，tib2以及cr7c3。如图2和3所示，根据熔覆层表面的sem图和部分区域的eds能谱图，熔覆层分布着规则几何形状的块状物相和颗粒状物。相块状物相的尺寸较大，且尺寸变化很大，在10～70μm之间浮动。从图中块状物相的eds图谱及处理结果可知，块状物相主要含有ti、b两种元素，并且原子比接近1:2。根据颗粒状物相的eds图谱及处理结果，颗粒状物相主要含有ti、c两种元素，并且原子比接近1:1，此外还有少量cr、fe、ni元素。综合xrd，sem，eds的测量结果，可以确定熔覆层中的块状物相为tib2和可能的tib，颗粒状物相为tic。
35.在该轧辊表面成功制备了耐磨耐蚀激光熔覆修复层，该修复层质量良好，有效延长了轧辊的使用寿命。
36.实施例2
37.一种轧辊表面耐磨耐蚀激光熔覆修复层制备方法，包括以下步骤：
38.s1、调配基础ni合金粉末，采用的合金配比如下：c：0.82wt％，cr：16.8wt％，si：4.2wt％，fe：15.8wt％，w：3.2wt％，b：3.84wt％，余量为ni和不可避免的杂质，粉末颗粒尺寸为90μm。
39.s2、调配辅助生成原位自生增强相粉末，将纯度99％以上的b4c粉末、纯度99％以上的ti粉末称量混合，按照摩尔比b4c:ti＝1:3配比，粉末颗粒尺寸为75μm。
40.s3、将辅助生成原位自生增强相粉末添加到基础ni合金粉末中，添加量为3.5wt％。
41.s4、将配置好的粉末倒入行星式球磨罐，放入球磨机中混合120min后取出。把混合后粉末取出，放入180℃烘干箱干燥30min。
42.s5、取出干燥粉末，放入玛瑙研钵中，倒入浓度为5％的pva溶液把粉末调制成糊状，根据修复所需面积、厚度均匀涂敷在待修复的轧辊表面，形成预制层，预制层应高出轧辊原表面0.2mm。
43.s6、采用co2激光束，abb机器人系统，对涂敷好的预制层进行激光扫描，激光功率为2kw，扫描速度为5mm/s，光斑直径为φ5mm，搭接率为33％，熔覆完成后自然冷却至室温，用砂轮机将熔覆层表面的黑色氧化层去除，再用砂纸打磨至与轧辊原表面齐平。
44.在该轧辊表面成功制备了耐磨耐蚀激光熔覆修复层，该修复层质量良好，有效延长了轧辊的使用寿命。
45.实施例3
46.一种轧辊表面耐磨耐蚀激光熔覆修复层制备方法，包括以下步骤：
47.s1、调配基础ni合金粉末，采用的合金配比如下：c：0.75wt％，cr：15.7wt％，si：
4.0wt％，fe：15.1wt％，w：3.0wt％，b：3.56wt％，余量为ni和不可避免的杂质，粉末颗粒尺寸为60μm。
48.s2、调配辅助生成原位自生增强相粉末，将纯度99％以上的b4c粉末、纯度99％以上的ti粉末称量混合，按照摩尔比b4c:ti＝1:4配比，粉末颗粒尺寸为75μm。
49.s3、将辅助生成原位自生增强相粉末添加到基础ni合金粉末中，添加量为7.0wt％。
50.s4、将配置好的粉末倒入行星式球磨罐，放入球磨机中混合120min后取出。把混合后粉末取出，放入180℃烘干箱干燥30min。
51.s5、取出干燥粉末，放入玛瑙研钵中，倒入浓度为5％的pva溶液把粉末调制成糊状，根据修复所需面积、厚度均匀涂敷在待修复的轧辊表面，形成预制层，预制层应高出轧辊原表面0.2mm。
52.s6、采用co2激光束，abb机器人系统，对涂敷好的预制层进行激光扫描，激光功率为1.8kw，扫描速度为4mm/s，光斑直径为φ5mm，搭接率为33％，熔覆完成后自然冷却至室温，用砂轮机将熔覆层表面的黑色氧化层去除，再用砂纸打磨至与轧辊原表面齐平。
53.在该轧辊表面成功制备了耐磨耐蚀激光熔覆修复层，该修复层质量良好，有效延长了轧辊的使用寿命。