面向无磁钻具表面强化的Ni60合金激光熔覆工艺研究

摘要

无磁钻具材料为316L不锈钢，在其表面激光熔覆高硬质合金可有效提高耐磨耐蚀性。采用激光同轴送粉技术在316L不锈钢表面熔覆Ni60合金粉末，以激光功率、扫描速度和送粉速率为影响因素，开展激光熔覆正交试验。首先，进行3因素4水平的单层单道激光熔覆试验，根据所制备的16组熔覆层的裂纹密度、稀释率和成形系数筛选出8组无裂纹熔覆层的工艺参数；再以显微硬度、稀释率和成形系数为质量评价指标，提出了综合加权赋分的方法并优选出3组工艺参数；最后，采用优选出的工艺参数在50%搭接率下进行单层多道激光熔覆试验。通过熔覆层横截面形貌分析可知，单层多道熔覆层均在首道出现较高的稀释率，后继道数的稀释率降低并趋于平稳，成形良好的熔覆层的稀释率在15%～20%。通过熔覆层横截面显微硬度测量可知，单层多道熔覆层硬度略高于单层单道熔覆层，前者熔覆层横截面的显微硬度是基体硬度的4倍左右。通过观察单层多道熔覆层横截面显微金相组织发现，熔覆层从结合区到表面，组织形态呈现出从连续平面晶、树枝晶到等轴晶的转变，成形良好，无明显气孔、裂纹等缺陷。最后，根据熔覆层金相组织和几何形貌确定了满足无磁发射短节熔覆层要求的最佳工艺参数。所得结论为后续井下无磁钻具服役环境下的Ni60熔覆层摩擦磨损性能研究奠定了基础。

关键词

无磁钻具 / Ni60合金 / 综合加权赋分 / 工艺优化