一种铁基镍包碳化钨激光熔覆材料的制备方法
【技术领域】
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[0001]本发明属于激光熔覆金属碳化钨陶瓷材料领域，尤其涉及一种激光熔覆铁基镍包碳化鹤粉末及其制备方法。
【背景技术】
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[0002]激光熔覆技术是一项新兴的零件加工于表面改型技术，可显著改善金属表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能。与堆焊、电镀等传统表面处理技术相比，它具有诸多优点:如适用材料体系广泛、熔覆层稀释率可控、熔覆层与基体为冶金结合、基体热变形小、工艺易于实现自动化等。从当前激光熔覆的应用情况来看，其主要应用于两个方面:一，对材料的表面改性，如燃汽轮机叶片，乳辊，齿轮等；二，对产品的表面修复，如转子，模具等。有关资料表明，修复后的部件强度可达到原强度的90%以上，其修复费用不到重置价格的1/5，更重要的是缩短了维修时间，解决了大型企业重大成套设备连续可靠运行所必须解决的转动部件快速抢修难题。另外，对关键部件表面通过激光熔覆超耐磨抗蚀合金，可以在零部件表面不变形的情况下大大提高零部件的使用寿命；对模具表面进行激光熔覆处理，不仅提高模具强度，还可以降低2/3的制造成本，缩短4/5的制造周期。
[0003]熔覆工艺:激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类，即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束辐照扫描熔化，熔覆材料以粉、丝、板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用。同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用线材或板材进行同步送料。
[0004]熔覆材料:目前应用广泛的激光熔覆材料主要有:镍基、钴基、铁基合金、碳化钨复合材料。在金属粉末中，自熔性合金粉末的研宄与应用最多。
[0005]Fe基自熔性合金粉末适用于要求局部耐磨且容易变形的零件，其主要特点是含B和Si具有自脱氧和造渣能力，对碳钢、不锈钢、合金钢、铸钢等多种基材有较好的适应性。最大的优点是材料来源广泛、成本低且抗磨性能好。在铁基合金粉末成分的设计上，通过调整合金元素含量来调整涂层的硬度，并通过添加其他元素改善熔覆层的硬度、开裂敏感性和残余奥氏体的含量，从而提高耐磨性和韧性。
[0006]复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种高熔点硬质陶瓷材料与金属混合或复合而形成的粉末体系。复合粉末可以借助激光熔覆技术制备出陶瓷颗粒增强金良好的工艺性和陶瓷材料优异的耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化特性有机结合起来。目前应用和研宄较多的复合粉末体系主要包括: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应用最多，主要应用于制备耐磨涂层。复合粉末中的碳化物颗粒可以直接加入激光熔池或者直接与金属粉末混合成混合粉末，但更有效的是以包覆型粉末(如镍包碳化物、钴包碳化物)的形式加入。在激光熔覆过程中，包覆型粉末的包覆金属对芯核碳化物能起到有效保护、减弱高能激光与碳化物的直接作用，可有效减弱或避免碳化物发生烧损、失碳、挥发等现象。
[0007]铁基合金粉末的喷涂层硬度、致密性、结合强度等于镍基合金粉末涂层大体相当，因此在不少场合下可代替镍基合金粉末，但涂层的硬度低于镍基合金粉末涂层，又限制了其发展，因此，找到一种提高铁基激光熔覆涂层的硬度与组织稳定性的方法十分重要。
【发明内容】
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[0008]本发明针对上述问题，通过在铁基粉末中加入镍包碳化钨粉末的方法，提高熔覆层的硬度。
[0009]本发明提供一种铁基镍包碳化钨激光熔覆涂层方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0010]步骤一:选取45钢作为熔覆的基体，用600目砂纸打磨光洁，再用丙酮溶液清除干净基体表面油污和锈迹；
[0011]步骤二:将质量百分比30%的镍包碳化钨粉末与70%铁基合金粉末混合均匀，将混合粉末预置在45钢基体表面，粉末厚度1.5mm ；
[0012]步骤三:使用高功率半导体激光器熔覆，其中激光功率为3000W。所选用的光斑宽为8?15mm，焦距370。扫描速度分别为5mm/s、8mm/s、llmm/s，保护气体为氩气。
[0013]本发明具有以下优点:
[0014]1、激光恪覆可改善金属表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能；
[0015]2、铁基合金粉末对碳钢、不锈钢、合金钢、铸钢等多种基材有较好的适应性，成本低且抗磨性能好；
[0016]3、镍包碳化钨不仅韧性好、硬度高、抗冲击载荷及抗磨粒磨损能力强，与金属混合成的粉末可以借助激光熔覆技术制备出陶瓷颗粒增强金良好的工艺性和陶瓷材料优异的耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化特性有机结合起来；
[0017]4、激光光斑宽度大，能得到较大面积的熔覆层；
[0018]5、得到的恪覆层硬度显著提高。当扫描速度分别为5mm/s、8mm/s、llmm/s时，其恪覆层硬度为 779.0 ?816.5HV、877.9 ?1095.0HV,806.9 ?883.3HV。
【附图说明】
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[0019]图1是本发明实例一的激光熔覆层硬度分布曲线；
[0020]图2是本发明实例一的SEM金相图片；
[0021]图3是本发明实例二的激光熔覆层硬度分布曲线；
[0022]图4是本发明实例二的SEM金相图片；
[0023]图5是本发明实例二的能谱(EDS)图片；
[0024]图6是本发明实例三的激光熔覆层硬度分布曲线；
[0025]图7是本发明实例三的SEM金相图片；
【具体实施方式】
[0026]实例一:
[0027](I)选取45钢作为熔覆的基体，用600目砂纸打磨光洁，再用丙酮溶液清除干净基体表面油污和锈迹；
[0028](2)将质量百分比30%镍包碳化钨与70%铁基合金粉末混合均匀，将混合粉末预置在45钢基体表面，粉末厚度1.5mm ；
[0029](3)使用高功率半导体激光器熔覆，其中激光功率为3000W。所选用的光斑宽为8?15mm，焦距370。扫描速度分别为为5mm/s，保护气体为氩气；
[0030](4)经显微硬度测试，所得熔覆层硬度为779.0?816.5HV。显微硬度分布图如图1所示，SEM金相图片如图2所示。
[0031]实例二:
[0032](I)选取45钢作为熔覆的基体，用600目砂纸打磨光洁，再用丙酮溶液清除干净基体表面油污和锈迹；
[0033](2)将质量百分比30%镍包碳化钨与70%铁基合金粉末混合均匀，将混合粉末预置在45钢基体表面，粉末厚度1.5mm ；
[0034](3)使用高功率半导体激光器熔覆，其中激光功率为3000W。所选用的光斑宽为8?15mm，焦距370。扫描速度分别为为8mm/s，保护气体为氩气；
[0035](4)经显微硬度测试，所得熔覆层硬度为877.9?1095.0HV。显微硬度分布图如图3所示，SEM金相图片如图4所示，能谱图如图5所示。
[0036]实例三:
[0037](I)选取45钢作为熔覆的基体，用600目砂纸打磨光洁，再用丙酮溶液清除干净基体表面油污和锈迹；
[0038](2)将质量百分比30%镍包碳化钨与70%铁基合金粉末混合均匀，将混合粉末预置在45钢基体表面，粉末厚度1.5mm ；
[0039](3)使用高功率半导体激光器熔覆，其中激光功率为3000W。所选用的光斑宽为8?15mm，焦距370。扫描速度分别为为llmm/s，保护气体为氩气；
[0040](4)经显微硬度测试，所得熔覆层硬度为806.9?883.3HV。显微硬度分布图如图6所示，SEM金相图片如图7所示。
【主权项】
1.一种铁基镍包碳化钨激光熔覆涂层方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一:选取45钢作为熔覆的基体，用600目砂纸打磨光洁，再用丙酮溶液清除干净基体表面油污和锈迹； 步骤二:将质量百分比30%的镍包碳化钨粉末与70%铁基合金粉末混合均匀，将混合粉末预置在45钢基体表面，粉末厚度1.5mm ； 步骤三:使用高功率半导体激光器熔覆，其中激光功率为3000W，所选用的光斑宽为8?15mm，焦距370mm。扫描速度分别为5mm/s、8mm/s、llmm/s，保护气体为氩气。
【专利摘要】本发明提出了一种铁基镍包碳化钨激光熔覆涂层方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：选取45钢作为熔覆的基体，用600目砂纸打磨光洁，再用丙酮溶液清除干净基体表面油污和锈迹；步骤二：将质量百分比30％的镍包碳化钨粉末与70％铁基合金粉末混合均匀，将混合粉末预置在45钢基体表面，粉末厚度1.5mm；步骤三：使用高功率半导体激光器熔覆，其中激光功率为3000W。所选用的光斑宽为8～15mm，焦距370。扫描速度分别为5mm/s、8mm/s、11mm/s，保护气体为氩气。
【IPC分类】C23C24-10
【公开号】CN104831270
【申请号】CN201410835692
【发明人】赵冬梅, 王植, 雷剑波, 郭炜庭, 郭巍, 张 林, 王云山
【申请人】北京瑞观光电科技有限公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2014年12月30日