利用熔覆粉末在激光熔覆中提高42CrMo钢耐磨性能的方法
【专利说明】利用膝覆粉末在激光膝覆中提高42CrMo钢耐磨性能的方法
[0001 ]本发明申请是母案申请"铁基激光烙覆粉末及烙覆层制备方法"的分案申请，母案 申请的申请号为2013103357425,母案申请的申请日为2013年8月1日。
技术领域
[0002] 本发明设及激光烙覆材料领域，更加具体地说，设及一种全新合金体系的铁基激 光烙覆粉末材料及烙覆层制备方法。
【背景技术】
[0003] 激光烙覆技术是激光表面改性技术中的重要组成部分，由于可W显著改善材料的 耐磨性、耐蚀性、耐热性W及一些电气性能，在生产应用中得到快速发展。然而当前采用的 激光烙覆粉末一方面是沿用热喷涂材料的儀基、铁基、钻基自烙性合金粉末;另一方面就是 在合金粉末中添加 WC、TiC、SiC等陶瓷材料来提高烙覆层的硬度和耐磨性，但其裂纹敏感性 也会增加。因此，研究具有良好耐磨性、耐蚀性和抗热性等综合性能的激光烙覆粉末，用于 机械零件易损部位的修复，获得耐磨、耐蚀层，可W大大延长机器设备的使用寿命，不仅可 W提高生产效率，还能够克服在堆焊、热喷涂等传统表面处理技术中普遍存在的工件变形 大和结合强度低的问题，具有巨大的发展潜力。然而当前采用的激光烙覆粉末一方面是沿 用含有棚和娃的热喷涂用自烙合金粉末，其不足之处在于绝大多数自烙合金粉末中棚和娃 的含量较高，由于激光烙覆过程中冷却速度快，使得一些夹杂如棚娃酸盐无法顺利从快速 凝固的烙池内浮出，导致激光烙覆层开裂敏感性较大；另一方面就是采用含有Ξ四种元素 的专用粉末，不适合大范围推广使用。因此，研究不含棚和娃的全新合金体系的激光烙覆粉 末显得十分必要。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对现有激光烙覆粉末材料进行改进W 解决上述技术问题。
[0005] 本发明的技术目的通过下述技术方案予W实现：
[0006] 铁基激光烙覆粉末，按照质量百分比（即各个组分之和为100 % )由下述组分组成：
[0007] C 为 0.5 ~l%，Cr 为 20 ~22%，Ni 为 10 ~11%，A1 为 9.5~10.5%，]?〇为4.5~5.5%， Ce化为1~1.5%，余量为化。
[000引优选如下组分和含量:C为0.5~0.8%，灯为21~22%，Ni为10~11%，A1为10~ 10.5%，Mo为5~5.5%，Ce02为 1 ~1.2%，余量为化。
[0009] 在上述铁基激光烙覆粉末中，选用各个组分均为纯度大于等于99%的粉末，粒径 为100-500目，优选200-300目，即铁粉、铭粉、儀粉、侣粉、钢粉、石墨粉、二氧化姉。
[0010] 在本发明的技术方案中，吐和Mo为主要的合金元素，其中化主要用于提高泽透性， 产生固溶强化，促进Μ的形成，在高合金超高强度钢的设计中，化有促进二次硬化效应(取代 M02C中的Mo形成(Mo、Cr)2C)，形成细小弥散的沉淀相，提高硬度和拉伸屈服强度;Mo也可提 高泽透性，产生固溶强化，抑制回火脆性，形成M02C，增进二次硬化效应，Mo还为细化晶粒和 强化固溶体的元素，对a-Fe有较强的固溶强化作用，能减缓扩散过程的发生，从而使位错不 易在晶体点阵中发生移动。Mo可W提高基体原子的扩散激活能，在烙覆层中可W延长"多边 形化"过程的时间，进而防止出现"多边化"裂纹，并能提高合金的塑性。Ni则主要用于提高 润湿性和改善烙覆层性能。
[0011] 在本发明技术方案中，加入A1主要用于替代B和Si来脱氧，还可W提高合金的高溫 塑性，减少烙覆层的收缩率，从而可W获得不含裂纹的烙覆层。当C的含量在不高于1%时， 碳含量越高越有利于获得硬度高、耐磨性好的烙覆层，W及形成足够数量增强碳化颗粒相， 但含碳量过分的增高，将使得烙覆层金属抗裂性变差，因此将C含量控制在0.5~1 %。加入 一定量的Ce化，一方面可W对晶界进行净化，进一步降低其有害杂质的含量；另一方面，稀 ±本身作为一种活性物质，能够降低晶界界面张力，从而减小晶粒长大的驱动力，抑制了晶 粒长大的倾向，同时，形成的稀±化合物在一次结晶过程中也可W作为形核核屯、，增加形核 数目，从而细化晶粒，具有变质强化的作用。
[0012] 在进行制备时，准确称量各个组分的质量后，将其进行充分混合W均匀即可，例如 采用电子称称取各种元素的粉末后，在研鉢中机械研磨半小时使其混合均匀。
[0013] 利用本发明的铁基激光烙覆粉末应用到激光烙覆焊接中，将铁基激光烙覆粉末和 乙醇混合后，均匀涂覆在基体材料表面，风干后通过激光烙覆即可获得烙覆层。
[0014] 其中所述乙醇选用分析纯的无水乙醇；在铁基激光烙覆粉末和乙醇混合物中，按 照质量百分数由92~95 %的激光烙覆粉末和5~8 %的乙醇组成。
[0015] 在铁基激光烙覆粉末和乙醇混合后，形成糊状或膏状，W便于在基体材料表面进 行涂覆，经涂覆后形成预制层，所述预制层厚度为l-2mm。
[0016] 在进行激光烙覆时，选用基体材料为42CrMo钢，优化工艺参数为:激光功率为1550 ~1650KW，光斑直径为0.8-1mm，扫描速度为150-200mm/min，离焦量为0，保护气体采用氣 气、氮气或者氮气，气体流量为20-25L/min;优选激光功率为1580~1620KW，光斑直径为 0.8-1mm，扫描速度为180-200mm/min，离焦量为0，保护气体采用氣气，气体流量为22- 25L/min〇
[0017] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0018] (1)本发明创造性的提出通过A1的加入来替代B和Si来脱氧，还可W减少烙覆层的 收缩率，从而可W获得没有裂纹的烙覆层。
[0019] (2)本发明的激光烙覆粉末具有较高的硬度，且成本较低。
[0020] (3)本发明作为全新合金体系的铁基激光烙覆粉末材料，由于Cr和Mo的存在可W 提高耐磨性，可W用于要求具有一定耐磨性、耐蚀性的工程机械的表面修复。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案，其中使用各个药品如下表所 /J、- 〇
[0022]
[0026] 依据下表所示的各个组分的质量百分含量，采用电子称称取各种元素的粉末(200 目），倒入研鉢，在研鉢中研磨半小时使其混合均匀，得到铁基激光烙覆粉末材料。
[0027]
[0028] 分别将上述表格中实施例1-8混合后得到的铁基激光烙覆粉末材料与分析纯的 无水乙醇进行混合均匀后，涂覆在基体材料表面，风干后通过激光烙覆即可获得烙覆层，分 别按照下述四组工艺进行激光烙覆，激光器采用JK2003SM型Nd:YAG。
[00巧]第一组，铁基激光烙覆粉末92wt%，乙醇8wt%，预制层厚度为2mm，激光功率为 1650KW，光斑直径为1mm，扫描速度为200mm/min，离焦量为0,保护气体采用氮气，气体流量 25L/min。
[0030]第二组，铁基激光烙覆粉末95wt%，乙醇5wt%，预制层厚度为1mm，激光功率为 1550KW，光斑直径为0.8mm，扫描速度为150mm/min，离焦量为0，保护气体采用氣气，气体流 量20L/min。
[0031] 第Ξ组，铁基激光烙覆粉末93wt %，乙醇7wt %，预制层厚度为1.5mm，激光功率为 1580KW，光斑直径为0.8mm，扫描速度为180mm/min，离焦量为0，保护气体采用氮气，气体流 量22L/min。
[0032] 第四组，铁基激光烙覆粉末94wt %，乙醇6wt %，预制层厚度为1mm，激光功率为 1620KW，光斑直径为1mm，扫描速度为150mm/min，离焦量为0,保护气体采用氣气，气体流量 25L/min。
[0033] 激光烙覆后采用EMS-2003+智能磁记忆/满流/远场满流检测仪进行检测，均没有 发现裂纹。将每组工艺制备的样品进行性质测试，并取8个实施例的平均值，作为每组工艺 的比较对象。
[0034] 采用自动转塔数显硬度计测量了烙覆层的显微硬度，实验结果如下表所示
[0035]
[0036] ~采用MM-200型磨损试验机测定了其耐磨性，试样尺寸为7 X 7 X 25mm，摩擦工况为胃 干磨滑动摩擦，加载为化g，转速为200r/min，实验时间为化。并用电子称测量前后质量(测 量前用超声波清洗仪清洗），实验结果如下表所示
[0037]
[0041] 可见利用本发明的铁基激光烙覆粉末在激光烙覆后可有效提高显微硬度和耐磨 性能。
[0042] W上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核屯、的情况 下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均 落入本发明的保护范围。
【主权项】
1. 利用熔覆粉末在激光熔覆中提高42CrM〇钢耐磨性能的方法，其特征在于，将熔覆粉 末和乙醇混合后，均匀涂覆在42CrM 〇钢表面，风干后通过激光熔覆即可获得熔覆层;在熔覆 粉末和乙醇混合物中，按照质量百分数由92~95%的熔覆粉末和5~8%的乙醇组成;熔覆 粉末按照质量百分比由下述组分组成:石墨粉为0.5~l%，Cr为20~22%，Ni为10~11%， A1为9.5~10.5 %，Mo为4.5~5.5%，Ce02为1~1.5%，余量为Fe;在进行激光熔覆时，工艺 参数为:激光功率为1550~1650KW，光斑直径为0.8-1mm，扫描速度为150-200mm/min，离 焦量为〇,保护气体采用氩气、氮气或者氦气，气体流量为20-25L/min。2. 根据权利要求1所述的利用熔覆粉末在激光熔覆中提高42CrMo钢耐磨性能的方法， 其特征在于，熔覆粉末优选如下组分和含量:石墨粉为0.5~0.8%，Cr为21~22%，Ni为10 ~11%，A1 为 10~10.5%，Mo为5~5.5%，Ce〇2为1~1.2%，余量为Fe。3. 根据权利要求1所述的利用熔覆粉末在激光熔覆中提高42CrMo钢耐磨性能的方法， 其特征在于，熔覆粉末选用各个组分均为纯度大于等于99%的粉末，粒径为100-500目，优 选200-300 目。4. 根据权利要求1所述的利用熔覆粉末在激光熔覆中提高42CrMo钢耐磨性能的方法， 其特征在于，所述乙醇选用分析纯的无水乙醇。5. 根据权利要求1所述的利用熔覆粉末在激光熔覆中提高42CrMo钢耐磨性能的方法， 其特征在于，在熔覆粉末和乙醇混合后，形成糊状或膏状，以便于在42CrMo钢表面进行涂 覆，经涂覆后形成预制层，所述预制层厚度为1 一 2mm。6. 根据权利要求1所述的利用熔覆粉末在激光熔覆中提高42CrMo钢耐磨性能的方法， 其特征在于，在进行激光熔覆时，工艺参数优选为:激光功率为1580~1620KW，光斑直径为 0.8-1mm，扫描速度为180-200mm/min，离焦量为0，保护气体采用氩气，气体流量为22- 25L/min〇
【专利摘要】本发明公开利用熔覆粉末在激光熔覆中提高42CrMo钢耐磨性能的方法，熔覆粉末按质量百分数由如下元素组成C为0.5～1％，Cr为20～22％，Ni为10～11％，Al为9.5～10.5％，Mo为4.5～5.5％，CeO2为1～1.5％，余量为Fe，将配制好的熔覆粉末通过酒精混合成糊状或膏状后，涂覆在42CrMo钢表面，晾干后通过激光熔覆即可获得复合涂层。本发明技术方案可获得无裂纹的激光熔覆层，硬度较高、耐磨性较好，价格较低，不仅适合于实验室研究，也适合于要求不高的生产加工。
【IPC分类】C23C24/10, C22C30/00, C22C38/06, C22C38/44, C22C32/00, B22F1/00
【公开号】CN105671544
【申请号】CN201610046043
【发明人】罗震, 谈辉, 颜福裕, 姚杞
【申请人】天津大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2013年8月1日