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采用电镀铬+激光熔凝表面改性方法对Inconel合金管进行表面处理,获得激光熔凝层。研究了激光功率和扫描速度对熔凝层微观结构和形貌的影响,进而得到了对Inconel合金镀铬层进行CO?激光熔凝处理的最佳工艺参数。
1实验材料和方法
样品材料采用真空感应+电渣重熔工艺生产冶炼,经挤压、冷拔、冷轧至φ19.05mm×1.09mm的合金管,其主要化学成分(质量分数,%)为:0.02C,0.22Mn,0.06Si,Cr,9.48Fe,60.10N,0.30Ti,0.27Al,0.S,0.P。
首先对Inconel合金样管进行电镀硬铬,电镀铬工艺参数为:铬酐浓度g/L,温度50~60℃,电流密度50A/dm2,镀层厚度3~10μm。
沿样管横截面取样,用LEO扫描电镜观察镀铬层微观形貌。然后对镀铬层进行辐照激光处理,激光处理设备为Trumpf型CO?激光器,波长10.6μm,最高功率W,光斑直径4mm。激光处理工艺参数如表1所示。
在激光处理管件上沿管的径向截面截取试样,打磨、抛光、腐蚀后用扫描电镜观察分析激光熔凝层的微观组织形貌,根据熔凝层形态选取确定最佳激光处理参数。
2结果与分析
2.1合金管镀铬层形貌
Inconel合金管电镀铬之后的宏观及微观形貌分别如图1及图2所示。可看出,镀铬层表面光滑,与基体结合良好,镀层厚度约5μm。
2.2激光熔凝层截面形貌
2.2.1激光功率对激光熔凝层形貌的影响
固定激光扫描速度mm/min,按表1所示功率对Inconel合金管镀铬层进行激光辐照处理,得到激光熔凝层的截面形貌如图3所示。
由图3(a)可看出,在功率W时,合金管表面仅发生微小变化变化,熔凝层最大深度仅20μm。随激光功率进一步提高,在W和W时得到比较好的效果,镀铬层与基体熔合在一起重新凝固形成质量较好的熔凝合金层,得到了比较明显的熔凝层处理深度(μm),熔凝层表面平整。当激光功率水平增加到W和0W时,由于功率水平较高,整个管壁被激光熔池贯穿,管壁熔透且在内壁出现凸起,严重影响激光处理的效果和质量,这是不允许出现的现象。以上充分说明,对于镀铬管在CO?激光功率为~W时,可获得较好的处理效果。
2.2.2扫描速度对激光熔凝层形貌的影响
选定激光功率为W,激光扫描速度对截面形貌的影响如图4所示。可以看出,在mm/min
(的低扫描速度下,管壁仍然出现被贯穿熔透的情况,随扫描速度的增加,激光熔凝层的厚度逐渐减小,熔凝层最大深度逐渐由μm减小到μm。在扫描速度为~mm/min时,获得的熔凝层质量最优,表面平整无缺陷。
3结论
(1)激光功率是影响Inconel镀铬层熔凝层质量的最重要的因素,其次是激光扫描速度。
(2)对Inconel合金管镀铬层进行CO?激光辐照处理的最佳工艺参数为:激光功率~W,