一種鐵基鎳包碳化鎢激光熔覆材料的制備方法
【技術領域】
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[0001]本發明屬于激光熔覆金屬碳化鎢陶瓷材料領域，尤其涉及一種激光熔覆鐵基鎳包碳化鶴粉末及其制備方法。
【背景技術】
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[0002]激光熔覆技術是一項新興的零件加工于表面改型技術，可顯著改善金屬表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等性能。與堆焊、電鍍等傳統表面處理技術相比，它具有諸多優點:如適用材料體系廣泛、熔覆層稀釋率可控、熔覆層與基體為冶金結合、基體熱變形小、工藝易于實現自動化等。從當前激光熔覆的應用情況來看，其主要應用于兩個方面:一，對材料的表面改性，如燃汽輪機葉片，乳輥，齒輪等；二，對產品的表面修復，如轉子，模具等。有關資料表明，修復后的部件強度可達到原強度的90%以上，其修復費用不到重置價格的1/5，更重要的是縮短了維修時間，解決了大型企業重大成套設備連續可靠運行所必須解決的轉動部件快速搶修難題。另外，對關鍵部件表面通過激光熔覆超耐磨抗蝕合金，可以在零部件表面不變形的情況下大大提高零部件的使用壽命；對模具表面進行激光熔覆處理，不僅提高模具強度，還可以降低2/3的制造成本，縮短4/5的制造周期。
[0003]熔覆工藝:激光熔覆按熔覆材料的供給方式大概可分為兩大類，即預置式激光熔覆和同步式激光熔覆。預置式激光熔覆是將熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束輻照掃描熔化，熔覆材料以粉、絲、板的形式加入，其中以粉末的形式最為常用。同步式激光熔覆則是將熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同時完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用線材或板材進行同步送料。
[0004]熔覆材料:目前應用廣泛的激光熔覆材料主要有:鎳基、鈷基、鐵基合金、碳化鎢復合材料。在金屬粉末中，自熔性合金粉末的研宄與應用最多。
[0005]Fe基自熔性合金粉末適用于要求局部耐磨且容易變形的零件，其主要特點是含B和Si具有自脫氧和造渣能力，對碳鋼、不銹鋼、合金鋼、鑄鋼等多種基材有較好的適應性。最大的優點是材料來源廣泛、成本低且抗磨性能好。在鐵基合金粉末成分的設計上，通過調整合金元素含量來調整涂層的硬度，并通過添加其他元素改善熔覆層的硬度、開裂敏感性和殘余奧氏體的含量，從而提高耐磨性和韌性。
[0006]復合粉末主要是指碳化物、氮化物、硼化物、氧化物及硅化物等各種高熔點硬質陶瓷材料與金屬混合或復合而形成的粉末體系。復合粉末可以借助激光熔覆技術制備出陶瓷顆粒增強金良好的工藝性和陶瓷材料優異的耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化特性有機結合起來。目前應用和研宄較多的復合粉末體系主要包括:碳化物合金粉末(如WC、SiC、TiC、B4C、Cr3C2等)、氧化物合金粉末(如Al 203、Zr2O3、1102等)、氮化物合金粉末(如TiN、Si 3N4等)硼化物合金粉末、硅化物合金粉末等。其中，碳化物合金粉末和氧化物合金粉末研宄和應用最多，主要應用于制備耐磨涂層。復合粉末中的碳化物顆粒可以直接加入激光熔池或者直接與金屬粉末混合成混合粉末，但更有效的是以包覆型粉末(如鎳包碳化物、鈷包碳化物)的形式加入。在激光熔覆過程中，包覆型粉末的包覆金屬對芯核碳化物能起到有效保護、減弱高能激光與碳化物的直接作用，可有效減弱或避免碳化物發生燒損、失碳、揮發等現象。
[0007]鐵基合金粉末的噴涂層硬度、致密性、結合強度等于鎳基合金粉末涂層大體相當，因此在不少場合下可代替鎳基合金粉末，但涂層的硬度低于鎳基合金粉末涂層，又限制了其發展，因此，找到一種提高鐵基激光熔覆涂層的硬度與組織穩定性的方法十分重要。
【發明內容】
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[0008]本發明針對上述問題，通過在鐵基粉末中加入鎳包碳化鎢粉末的方法，提高熔覆層的硬度。
[0009]本發明提供一種鐵基鎳包碳化鎢激光熔覆涂層方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0010]步驟一:選取45鋼作為熔覆的基體，用600目砂紙打磨光潔，再用丙酮溶液清除干凈基體表面油污和銹跡；
[0011]步驟二:將質量百分比30%的鎳包碳化鎢粉末與70%鐵基合金粉末混合均勻，將混合粉末預置在45鋼基體表面，粉末厚度1.5mm ；
[0012]步驟三:使用高功率半導體激光器熔覆，其中激光功率為3000W。所選用的光斑寬為8?15mm，焦距370。掃描速度分別為5mm/s、8mm/s、llmm/s，保護氣體為氬氣。
[0013]本發明具有以下優點:
[0014]1、激光恪覆可改善金屬表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等性能；
[0015]2、鐵基合金粉末對碳鋼、不銹鋼、合金鋼、鑄鋼等多種基材有較好的適應性，成本低且抗磨性能好；
[0016]3、鎳包碳化鎢不僅韌性好、硬度高、抗沖擊載荷及抗磨粒磨損能力強，與金屬混合成的粉末可以借助激光熔覆技術制備出陶瓷顆粒增強金良好的工藝性和陶瓷材料優異的耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化特性有機結合起來；
[0017]4、激光光斑寬度大，能得到較大面積的熔覆層；
[0018]5、得到的恪覆層硬度顯著提高。當掃描速度分別為5mm/s、8mm/s、llmm/s時，其恪覆層硬度為 779.0 ?816.5HV、877.9 ?1095.0HV,806.9 ?883.3HV。
【附圖說明】
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[0019]圖1是本發明實例一的激光熔覆層硬度分布曲線；
[0020]圖2是本發明實例一的SEM金相圖片；
[0021]圖3是本發明實例二的激光熔覆層硬度分布曲線；
[0022]圖4是本發明實例二的SEM金相圖片；
[0023]圖5是本發明實例二的能譜(EDS)圖片；
[0024]圖6是本發明實例三的激光熔覆層硬度分布曲線；
[0025]圖7是本發明實例三的SEM金相圖片；
【具體實施方式】
[0026]實例一:
[0027](I)選取45鋼作為熔覆的基體，用600目砂紙打磨光潔，再用丙酮溶液清除干凈基體表面油污和銹跡；
[0028](2)將質量百分比30%鎳包碳化鎢與70%鐵基合金粉末混合均勻，將混合粉末預置在45鋼基體表面，粉末厚度1.5mm ；
[0029](3)使用高功率半導體激光器熔覆，其中激光功率為3000W。所選用的光斑寬為8?15mm，焦距370。掃描速度分別為為5mm/s，保護氣體為氬氣；
[0030](4)經顯微硬度測試，所得熔覆層硬度為779.0?816.5HV。顯微硬度分布圖如圖1所示，SEM金相圖片如圖2所示。
[0031]實例二:
[0032](I)選取45鋼作為熔覆的基體，用600目砂紙打磨光潔，再用丙酮溶液清除干凈基體表面油污和銹跡；
[0033](2)將質量百分比30%鎳包碳化鎢與70%鐵基合金粉末混合均勻，將混合粉末預置在45鋼基體表面，粉末厚度1.5mm ；
[0034](3)使用高功率半導體激光器熔覆，其中激光功率為3000W。所選用的光斑寬為8?15mm，焦距370。掃描速度分別為為8mm/s，保護氣體為氬氣；
[0035](4)經顯微硬度測試，所得熔覆層硬度為877.9?1095.0HV。顯微硬度分布圖如圖3所示，SEM金相圖片如圖4所示，能譜圖如圖5所示。
[0036]實例三:
[0037](I)選取45鋼作為熔覆的基體，用600目砂紙打磨光潔，再用丙酮溶液清除干凈基體表面油污和銹跡；
[0038](2)將質量百分比30%鎳包碳化鎢與70%鐵基合金粉末混合均勻，將混合粉末預置在45鋼基體表面，粉末厚度1.5mm ；
[0039](3)使用高功率半導體激光器熔覆，其中激光功率為3000W。所選用的光斑寬為8?15mm，焦距370。掃描速度分別為為llmm/s，保護氣體為氬氣；
[0040](4)經顯微硬度測試，所得熔覆層硬度為806.9?883.3HV。顯微硬度分布圖如圖6所示，SEM金相圖片如圖7所示。
【主權項】
1.一種鐵基鎳包碳化鎢激光熔覆涂層方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:選取45鋼作為熔覆的基體，用600目砂紙打磨光潔，再用丙酮溶液清除干凈基體表面油污和銹跡； 步驟二:將質量百分比30%的鎳包碳化鎢粉末與70%鐵基合金粉末混合均勻，將混合粉末預置在45鋼基體表面，粉末厚度1.5mm ； 步驟三:使用高功率半導體激光器熔覆，其中激光功率為3000W，所選用的光斑寬為8?15mm，焦距370mm。掃描速度分別為5mm/s、8mm/s、llmm/s，保護氣體為氬氣。
【專利摘要】本發明提出了一種鐵基鎳包碳化鎢激光熔覆涂層方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一：選取45鋼作為熔覆的基體，用600目砂紙打磨光潔，再用丙酮溶液清除干凈基體表面油污和銹跡；步驟二：將質量百分比30％的鎳包碳化鎢粉末與70％鐵基合金粉末混合均勻，將混合粉末預置在45鋼基體表面，粉末厚度1.5mm；步驟三：使用高功率半導體激光器熔覆，其中激光功率為3000W。所選用的光斑寬為8～15mm，焦距370。掃描速度分別為5mm/s、8mm/s、11mm/s，保護氣體為氬氣。
【IPC分類】C23C24-10
【公開號】CN104831270
【申請號】CN201410835692
【發明人】趙冬梅, 王植, 雷劍波, 郭煒庭, 郭巍, 張 林, 王云山
【申請人】北京瑞觀光電科技有限公司
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2014年12月30日