專利名稱：軋輥表面激光毛化與微合金化復(fù)合加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬材料表面加工技術(shù)領(lǐng)域的方法，特別是一種軋輥表面激 光毛化與微合金化復(fù)合加工方法。
技術(shù)背景激光毛化是是近幾年來發(fā)展起來的一門綜合性新技術(shù)，它利用高能、高頻的 脈沖激光作用在軋輥表面，使之加熱、熔化并部分氣化，形成的熔池中液面表面 張力和輔助氣體的作用下，部分熔融金屬被推至熔池邊緣，由于激光的快熱快冷 的特性，該部分金屬在熔池邊緣迅速凝固，形成凸起，同時在熔池中間形成微坑 結(jié)構(gòu)。聲光調(diào)Q的Nd: YAG激光器的平均功率較低，用于大型冷軋輥的毛化加工 時表面粗糙度不高，毛化效果較差，毛化效率較低，難以滿足大型軋輥加工的需 要。采用高光束質(zhì)量的C02連續(xù)激光進(jìn)行脈沖調(diào)制后可克服這些不足。冷軋輥的 磨損在工業(yè)上有重大意義，不僅降低軋機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率，導(dǎo)致固定費(fèi)用增加，而且造 成軋制的材料形狀變化差異很大，影響產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利高重頻調(diào)制多脈沖YAG激光刻花 系統(tǒng)及加工方法(ZL92113223. 9)，采用多脈沖YAG激光束直接作用于軋輥表面， 在輥面上形成具有一定形貌的毛化點(diǎn)。但這種毛化方法是借助輔助氣體對軋輥表 面的直接的熔凝的處理，熔凝坑深度淺、毛化點(diǎn)凸臺不夠明顯，影響軋輥的軋制 效果與軋制的冷軋板的質(zhì)量。同時，毛化點(diǎn)，特別是毛化點(diǎn)凸緣的硬度，強(qiáng)度和 摩擦磨損性能提高程度有限。檢索中還發(fā)現(xiàn)，中國專利金屬軋輥表面高重頻激 光誘導(dǎo)放電毛化方法(公開號CN 1789438A)通過在軋輥表面涂一層介電質(zhì)薄 膜，提出了一種利用高重頻脈沖激光誘導(dǎo)放電的毛化方法，由于介電質(zhì)薄膜使放 電區(qū)域的發(fā)展受到限制，只有在激光直接照射區(qū)的薄膜被汽化后，才能在兩極間 形成放電通道。因而，所得到的毛化點(diǎn)直徑比在無介電質(zhì)薄膜時小得多，而且毛 化坑較深，邊緣較清晰。這種方法雖然改善了毛化形貌，但也存在同樣的問題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一軋輥表面激光毛化與微合金化 復(fù)合加工方法，使其能夠增加毛化點(diǎn)坑深，提高凸臺高度與邊緣清晰度，加強(qiáng)凸 臺強(qiáng)度，提高軋輥表面的硬度和磨擦磨損性能。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明在軋輥表面噴涂一層含合金微粉 的薄膜，通過該合金微粉薄膜增加軋輥基體表面對激光光能的吸收，并且該合金 微粉薄膜通過激光加熱與基體材料熔融成新的合金材料，在脈沖激光束作用下， 與基體熔合形成毛化坑。所述合金微粉薄膜由合金微粉與乳膠混合后噴涂而成。所述合金微粉與乳膠混合按照體積比約(2-6): l混合，混合物具有較好的 流動性。所述合金微粉的選擇的范圍很廣，可以是各種常規(guī)激光合金化所用的通過激光重熔能提高軋輥表面性能的微粉，如Co基、Ni基或者WC、 TiC等顆粒組成的 金屬陶瓷復(fù)合粉末等，顆粒粒度在10um以下。合金粉末的選擇可以是一種粉末 或者幾種的混合物，這取決于元素及化合物進(jìn)入合金化層的可能性和合理性。所述乳膠，是指將具有粘性且易溶于酒精或丙酮的合成樹脂，如2123酚 醛樹脂，用酒精或丙酮制成液狀乳膠，濃度約為樹脂飽和濃度的1/2。所述噴涂，是指采用噴涂裝置，如噴槍，霧狀噴涂于經(jīng)乙醇、丙酮清洗的 軋輥表面，使合金微粉與軋輥結(jié)合緊密、均勻，同時增加軋輥表面對激光光能的 吸收。由于酒精或丙酮的揮發(fā)性，涂層能迅速吹干。所述合金微粉薄膜，其厚度根據(jù)需要為0—0.5mm不等。所述合金微粉與乳膠混合物可以在激光毛化之前噴涂也可以激光毛化、噴涂 同時進(jìn)行。本發(fā)明合金微粉在脈沖激光的作用下與基體材料熔融成新的合金材料，在激 光毛化的同時，完成軋輥表面的微合金化，合金材料分布于熔池的各個部分，大 大加強(qiáng)了毛化凸臺的硬度與磨擦磨損性能。另外，在激光毛化完成后，可以從軋 輥表面去除其他未進(jìn)行毛化處理的合金微粉，這樣毛化凸臺高度得到了提高，毛 化點(diǎn)邊緣更加清晰，同時，由于薄膜的厚度較小，相對于常規(guī)激光毛化方法，該 方法對毛化表面的粗糙度影響也較?。煌ㄟ^改變合金微粉薄膜的厚度(0 —0. 5mm)
可以控制凸臺的曲率半徑。這樣以軋輥軋制過程中對鋼板的咬合力和軋制的鋼板 的質(zhì)量。


圖1為未噴涂合金微粉時得到的毛化點(diǎn)形貌。 圖2為噴涂合金微粉后得到的毛化點(diǎn)形貌。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例一首先需要配置合金微粉與乳膠混合物，合金微粉采用WC + TiC + Co混合粉末，顆粒粒度2-4um。采用2123酚醛樹脂與酒精制成濃度為13%的 乳膠，然后將配好的乳膠與合金粉末按照體積比約6: l調(diào)和均勻，通過噴槍， 霧狀噴涂于經(jīng)乙醇清洗的GCrl5軋輥表面，使合金粉末與軋輥結(jié)合緊密、均勻， 同時增加軋輥表面對激光光能的吸收。由于酒精的揮發(fā)性，涂層能迅速干燥。薄 膜涂層厚度為0-0. 5mm不等。合金微粉可以在激光毛化之前噴涂也可以激光毛 化、噴涂同時進(jìn)行。軋輥表面薄膜制備完成后，利用脈沖激光束對其進(jìn)行毛化處 理，毛化結(jié)束后，用酒精或丙酮對未毛化處進(jìn)行清洗。毛化過程中，粘接劑揮發(fā)， 合金材料與基體材料充分混合，從而實(shí)現(xiàn)軋輥表面的毛化和微合金化復(fù)合加工處 理。圖l、 2分別為未噴涂合金微粉和噴涂合金微粉后時得到的毛化點(diǎn)形貌?？?見，無合金微粉薄膜時得到的毛化點(diǎn)深高分別達(dá)到6.1ym，而合金微粉薄膜時 得到的毛化點(diǎn)深高分別達(dá)到9. 5 y m和8. 2 u m,較之圖1未噴涂合金微粉時得到 的毛化點(diǎn)，毛化坑深度和高度都有所增加。這是由于在同樣激光加工條件下，噴 涂合金微粉后，材料表面對激光的吸收率增加，表面獲得的激光能量增加，相應(yīng) 地，金屬熔化量增加，毛化坑變深；同時，當(dāng)去除毛化點(diǎn)周圍未熔化的金屬膜時， 毛化點(diǎn)凸緣高度相對地提高。通過測試，未噴涂合金微粉和噴涂合金微粉后時得 到的凸臺表層平均硬度分別為HV870和HV1020。通過銷盤磨損試驗(yàn)，在相同磨 損條件下，毛化微合金化的表面的磨損量較直接毛化的表面的磨損量縮小約20 %。
實(shí)施例二合金粉末選擇WC-Cr粉末(Cr重量比30%)，顆粒粒度小于10 u m。 采用2123酚醛樹脂與丙酮制成濃度為13%的乳膠，然后將配好的乳膠與合金粉 末按照體積比約2: l調(diào)和均勻，薄膜涂層厚度根據(jù)需要為0-0.5咖不等。噴涂 處理的方法同實(shí)施例一，毛化之后，較之直接毛化方法，毛化坑深度和高度都有 所增加。涂層硬度達(dá)到HV900左右，干摩擦狀態(tài)下，表面耐磨性提高約10%。實(shí)施例三:合金粉末選擇WC-Co粉末(Co重量比10%)，顆粒粒度小于10 !i m。 將聚乙烯醇縮丁醛酒精溶液與合金粉末按照體積比約3: l調(diào)和均勻，薄膜涂層 厚度為0-0.5ram不等。噴涂處理的方法同實(shí)施例一，毛化之后，較之直接毛化方 法，其毛化坑深度和高度都有所增加。涂層硬度達(dá)到HV1000左右，干摩擦狀態(tài) 下，表面耐磨性提高約15%。由于合金化的作用，毛化點(diǎn)各部分的硬度和摩擦 磨損性能也相應(yīng)地得到提高。
權(quán)利要求
1、一種軋輥表面激光毛化與微合金化復(fù)合加工方法，其特征在于在軋輥表面噴涂一層含合金微粉的薄膜，通過該合金微粉薄膜增加軋輥基體表面對激光光能的吸收，并且該合金微粉薄膜通過激光加熱與基體材料熔融成新的合金材料，在脈沖激光束作用下，與基體熔合形成毛化坑。
2、 如權(quán)利要求1所述的軋輥表面激光毛化與微合金化復(fù)合加工方法，其特 征是所述合金微粉薄膜由合金微粉與乳膠混合后噴涂而成。
3、 如權(quán)利要求2所述的軋輥表面激光毛化與微合金化復(fù)合加工方法，其特 征是所述合金微粉與乳膠混合按照體積比2-6: l混合。
4、 如權(quán)利要求1或2或3所述的軋輥表面激光毛化與微合金化復(fù)合加工方 法，其特征是所述合金微粉，其顆粒粒度在10um以下。
5、 如權(quán)利要求2或3所述的軋輥表面激光毛化與微合金化復(fù)合加工方法，其特征是所述乳膠是指將具有粘性且易溶于酒精或丙酮的合成樹脂，用酒精 或丙酮制成液狀乳膠，濃度為樹脂飽和濃度的1/2。
6、 如權(quán)利要求5所述的軋輥表面激光毛化與微合金化復(fù)合加工方法，其特 征是所述合成樹脂為2123酚醛樹脂或聚乙烯醇縮丁醛。
7、 如權(quán)利要求1或2所述的軋輥表面激光毛化與微合金化復(fù)合加工方法，其特征是所述噴涂，是指采用噴涂裝置，霧狀噴涂于經(jīng)乙醇、丙酮清洗的軋 輥表面，使合金微粉與軋輥結(jié)合緊密、均勻。
8、 如權(quán)利要求1或2所述的軋輥表面激光毛化與微合金化復(fù)合加工方法， 其特征是所述合金微粉薄膜，其厚度為O — O. 5mm。
9、 如權(quán)利要求1或2所述的軋輥表面激光毛化與微合金化復(fù)合加工方法，其特征是所述合金微粉薄膜在激光毛化之前噴涂，或激光毛化、合金微粉薄膜噴涂同時進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種材料加工技術(shù)領(lǐng)域的軋輥表面激光毛化與微合金化復(fù)合加工方法，具體為在軋輥表面噴涂一層含合金微粉的薄膜，通過該合金微粉薄膜增加軋輥基體表面對激光光能的吸收，并且該合金微粉薄膜通過激光加熱與基體材料熔融成新的合金材料，然后，在脈沖激光束作用下，與基體熔合形成毛化坑。本發(fā)明與現(xiàn)有的激光毛化方法有以下優(yōu)勢軋輥表面能在激光毛化的同時進(jìn)行微合金化，在保證毛化表面粗糙度的前提下，增加毛化點(diǎn)坑深，提高凸臺高度與邊緣清晰度，提高軋輥表面的硬度和磨擦磨損性能，延長軋輥的使用壽命。
文檔編號B23K26/00GK101117712SQ200710045619
公開日2008年2月6日 申請日期2007年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月6日
發(fā)明者萬大平, 劉紅斌, 胡德金 申請人:上海交通大學(xué)