本發明屬于激光熔覆再制造領域，具體涉及一種基于同步碾壓的激光熔覆層制備方法。
背景技術：
激光熔覆技術是以高能激光束為熱源，將預置或同步供給在基材表面的具有優異耐磨、耐蝕及耐熱等性能的涂層材料熔化，并與基體形成良好的冶金結合，從而獲得特殊要求的表面改性技術。此技術具有稀釋率低、熱影響區小、熔覆件扭曲變形小、過程易于實現自動化等優點。在激光熔覆過程中，激光、粉末材料及基體間相互作用形成熔覆層是一個較復雜的熔化-凝固冶金過程，熔池的凝固在固液界面前沿存在柱狀晶和等軸晶的相互競爭生長與轉化，這便導致熔覆層組織結構的復雜性。不同激光工藝參數制備熔覆層的柱狀晶含量高低與生長取向是不同的，這將會在熔覆層零部件服役過程中表現出迥異的力學性能。相同激光工藝參數制備的熔覆層，由于組織結構的不均勻，也會在服役過程中表現出性能的不穩定性。這便說明激光熔覆層的成形質量很難得到準確控制，提高熔覆層的成形質量一直是國內外關注的熱點和追求的直接目標。
技術實現要素：
為克服上述現有技術存在的缺點和不足，本發明的目的在于提供一種基于同步碾壓的激光熔覆層制備方法，以使制備的激光熔覆層具有更細小、更均勻的顯微組織結構，因而具備更為優異的力學性能。
本發明的目的是通過以下技術方案得以實施的：
一種基于同步碾壓的激光熔覆層制備方法，包括熔覆層合金粉末依次經過等離子噴涂工序、激光重熔工序、同步碾壓工序和熱處理工序，其中：所述的同步碾壓工序采用陶瓷滾子緊隨熔池對剛凝固的合金層進行碾壓處理。
發明人研究發現，激光熔覆層的制備方法中，增加同步碾壓工序，使熔覆層發生變形，可以破碎定向生長的柱狀晶與樹枝晶，使之轉變成細小等軸晶，從而制備出的激光熔覆層具有更細小、更均勻的顯微組織結構。與此同時，位錯密度大幅度增加，起到了位錯強化的作用。經過去應力退火，消除殘余應力，仍保持較高的耐磨性與均勻性。與傳統激光熔覆工藝制備的熔覆層相比，其平均顯微硬度提高了15% 以上。
作為優選，所述的所有工序在真空或惰性氣體保護條件下進行。本發明的術語“真空”是本領域的通用術語；惰性氣體如選擇氬氣等，目的是防止氧化。
作為優選，所述的陶瓷滾子與氮氣彈簧連接，由氮氣彈簧提供正壓力，可確保工作工程中熔覆層所受的壓應力更為恒定，變形更為均勻，從而獲得更為優質的激光熔覆層。與普通彈簧相比，無需進行較大的壓縮變形，減小了陶瓷滾子起落時的行程，有利于提高生產效率。
作為優選，所述的同步碾壓工序中：陶瓷滾子的厚度為熔池直徑2倍以上，從而使激光熔覆層耐磨性顯著提高與組織結構細化的同時，熔覆層表面平整度也得到優化。
作為優選，所述的陶瓷滾子轉軸材質為黃銅，內部通有冷卻水，可確保陶瓷滾子溫度不至于過分升高而加速磨損。
作為優選，所述的熱處理工藝為去應力退火，可確保消除內應力的同時，仍保留同步碾壓的強化效果。
本發明有以下優點：本發明制備的激光熔覆層，定向生長的柱狀晶與樹枝晶被破碎，形成細小等軸晶，組織結構均勻化，位錯密度高，具有較高的強度與耐磨性。與傳統方法制備的激光熔覆層相比，具有更為優異的力學性能。與此同時，陶瓷滾子碾壓變形可以改善熔覆層表面形貌，提高熔覆層表面平整度。
附圖說明
圖1為同步碾壓的示意圖；
圖中附圖標記的含義：1-熔覆層，2-基板，3-冷卻水進水管，4-轉軸支撐架，5-陶瓷滾子轉軸，6-陶瓷滾子，7-激光束，8-激光頭，9-冷卻水出水管，10-壓桿。
具體實施方式
下面結合實施例，更具體地說明本發明的內容。應當理解，本發明的實施并不局限于下面的實施例，對本發明所做的任何形式上的變通和/或改變都將落入本發明保護范圍。
下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領域的常規方法。
實施例1 ：
一種基于同步碾壓的激光熔覆層制備方法，包括：
（1）在氬氣保護下，使用等離子噴涂工藝將Ni60粉末均勻噴涂于低碳鋼基板上，厚度約為1mm。
（2）在氬氣保護下，對噴涂于基板上的Ni60合金進行激光重熔，激光功率3000W，光斑直徑4mm，搭接率30%，掃描速度10mm/s，采用單向掃描。
（3）如圖1所示，與激光掃描同步，一個直徑為50mm，厚度為10mm的陶瓷滾子緊隨熔池對剛凝固的合金層進行碾壓處理，壓力為5000N，陶瓷滾子作用位置距離熔池末端15mm。碾壓過程中，陶瓷滾子邊緣與正在掃描軌道的邊緣重合，重心落在已經過碾壓的軌道上。此操作目的在于確保未經重熔的Ni60合金不會被陶瓷滾子碾壓，同時有利于改善熔覆層表面平整度。
（4）在氬氣保護下，對重熔與同步碾壓后的熔覆層進行去應力退火，退火時間為2h。
對本實施例得到的激光熔覆層進行檢測，截面平均顯微硬度達到603HV，與未經過同步碾壓其余方法與參數相同條件下制備的熔覆層（518HV）相比，硬度提高了16.4%。
實施例2
本實施例其它操作同實施例1，不同之處在于：熔覆材料選用NiCrBSi 自熔性合金粉末，其化學成分為(wt%)：17.0Cr，3.5B，4.0Si，1.0C，<12Fe，余為Ni。
對本實施例得到的激光熔覆層進行檢測，截面平均顯微硬度達到950HV，與未經過同步碾壓其余方法與參數相同條件下制備的熔覆層（787HV）相比，硬度提高了20.7%。
實施例3
本實施例其它操作同實施例1，不同之處在于：熔覆材料選用CoCrW鈷基合金粉末，其化學成分為(wt%)：29.9Cr，4.5W， 0.99C，3.0 Ni，1.4Si，余為Co。
對本實施例得到的激光熔覆層進行檢測，截面平均顯微硬度達到1186HV，與未經過同步碾壓其余方法與參數相同條件下制備的熔覆層（974HV）相比，硬度提高了21.8%。
實施例4
本實施例其它操作同實施例1，不同之處在于：熔覆材料選用Inconel718合金粉末。
對本實施例得到的激光熔覆層進行檢測，截面平均顯微硬度達到433HV，與未經過同步碾壓其余方法與參數相同條件下制備的熔覆層（307HV）相比，硬度提高了41%。
上述優選實施例只是用于說明和解釋本發明的內容，并不構成對本發明內容的限制。盡管發明人已經對本發明做了較為詳細地列舉，但是，本領域的技術人員根據發明內容部分和實施例所揭示的內容，能對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或/ 和補充或采用類似的方式來替代是顯然的，并能實現本發明的技術效果，因此，此處不再一一贅述。本發明中出現的術語用于對本發明技術方案的闡述和理解，并不構成對本發明的限制。