专利名称：一种激光熔覆MoB/CoCr金属陶瓷涂层及其制备方法
技术领域：
本发明属于金属陶瓷复合涂层技术领域，特别是提供了一种激光熔覆MoB/CoCr 金属陶瓷涂层及其制备方法。
背景技术：
在金属表面制备金属陶瓷涂层的工艺方法主要有热喷涂法、喷焊、自蔓延烧结合成、气相沉积(包括物理气相沉积PVD和化学沉积CVD)等。气相沉积存在的主要问题是设备昂贵，沉积速度慢，一般只能得到几至几十微米厚度的涂层，且制备的金属陶瓷涂层在热循环中会产生裂纹。自蔓延烧结合成存在若不施压涂层致密性差的问题。喷焊法难于制备硬质颗粒体积分数高的金属陶瓷涂层，难于发挥以提高硬质相比例来强化金属陶瓷涂层耐磨性。热喷涂方法包括火焰喷涂、超音速火焰喷涂及等离子喷涂等。但当喷涂材料为纳米结构材料时，火焰及等离子焰流的高温特性，使得纳米材料极易氧化、分解及晶粒长大等一系列不利的反应，同时由于热应力的原因使得涂层中存在层间裂纹，从而降低整个涂层的耐磨和耐蚀性能。等离子喷涂的特点是涂覆速度快，效率高，可以达到几百微米至毫米级的厚度，但存在涂层孔隙率大，涂层中陶瓷颗粒之间，涂层与基体之间结合不强等问题， 涂层的耐磨性、耐蚀性和耐冲击性都受到很大限制。如采用热喷涂技术制备WC-12%Co、 WC-10%CO-4%Cr、CO-30%Cr-4%W-l. 2%C等不易与熔融铝硅合金反应的喷涂涂层，虽然能够部分延长部件的使用寿命，但是由于在铝硅合金不断的热冲击作用下，这些涂层表面都会产生裂缝，甚至涂层与基体之间脱离，从而使得熔融态铝硅渗入到基体中，并发生反应。
发明内容
本发明其目的就在于克服以上缺陷而提供一种激光熔覆MoB/CoCr金属陶瓷涂层及其制备方法，涂层厚度要有较大提高，可达到耐磨、耐蚀目的；涂层质量要有很大提高，涂层中不能有孔隙率和裂纹等缺陷，涂层结构致密，结合强度得到很大提高。本发明为了实现上述目的而采取的技术方案包括，一种激光熔覆MoB/CoCr金属陶瓷涂层由涂层材料MoB/CoCr成分按重量百分比计算其成分为Co22. 5%，Crl9. 7%， B9. 5%，1. 6%W，余量为Mo，其制备方法的具体步骤如下
以45号钢为基体，涂层材料为MoB/CoCr金属陶瓷。采用沈阳大陆激光成套设备有限公司生产的5kW，C02激光器进行熔覆表面处理，由此获得致密，无孔隙和裂纹的快速凝固组
幺口
/Ν ο涂层材料MoB/CoCr成分按重量百分比计算其成分为Co22. 5%，Crl9. 7%，B9. 5%， 1. 6%W，余量为Mo。涂层工艺为功率为1. 7 1. 8kff,激光扫描速度20(T500mm/S，搭接率30% 40%，，光斑直径5mm。以45号钢为基体进行激光熔覆处理，组织结构分析发现，激光熔覆层组织致密、 无孔隙和裂纹。性能测试表明，激光熔覆层的显微硬度达到1686 2020MPa。
本发明为了实现上述目的而采取的技术方案包括，一种激光熔覆MoB/CoCr金属陶瓷涂层，金属陶瓷涂层材料为MoB/CoCr金属陶瓷，按重量百分比计算其成分为 Co22. 5%, Crl9. 7%, B9. 5%, 1. 6%W，余量为 Mo。其制备方法按以下步骤进行 1)45号钢表面活化处理
对45号钢表面进行喷砂处理或使用60#砂纸对45号钢进行粗化处理，去除表面锈迹， 以增强45号钢表面与熔覆层的结合强度，然后用丙酮清洗去除油污，最后在低温(<100°C) 下烘干。2)准备涂层材料，预置涂层
首先将粒度为15 45 μ m、化学成分(按质量百分比)为Co22. 5%，Crl9. 7%，B9. 5%，1. 6%ff, 余量为Mo的MoB/CoCr金属陶瓷粉末在干燥箱中150°C左右进行烘干后，将MoB/CoCr金属陶瓷粉末与粘结剂搅拌均勻混合成比例为3:1 (质量比)的糊状或膏状混合物，均勻涂覆在表面活化处理后的45号钢表面上，进行压实和表面物理平整，预涂覆粉末厚度为1mm，然后置入干燥箱中80°C以下烘干或自然风干。3)激光熔覆制备MoB/CoCr金属陶瓷涂层
将预置好MoB/CoCr金属陶瓷的45号钢放置到激光器的机床上，进行激光熔覆处理， 激光熔覆工艺参数为功率为1.7 1.8kw，激光扫描速度20(T500mm/S，搭接率30% 40%， 光斑直径5mm，组织结构分析发现，激光宏观形貌熔覆层平整、致密、无缺陷；熔覆层组织内部致密、无气孔和裂纹等缺陷，激光熔覆层的显微硬度为1686 2020MPa，熔覆层厚度为 345 450 μ m0所述的激光熔覆处理过程中采用氩气作为保护气体。与现有技术相比，本发明的优点在于，由于是在激光熔覆过程中采用氩气保护，涂层材料无烧损，从而保持其原有的高硬度、高耐磨性和高耐蚀性；涂层内部致密、无孔隙和裂纹等缺陷，涂层质量优于已有的各种金属陶瓷涂覆工艺所能获得的质量。
具体实施例方式实施例1
本实施例是在Φ 60 X 35mm的45号钢表面采用5kW，C02激光器进行激光熔覆金属陶瓷涂层，其制备按以下步骤进行 1. 45号钢表面活化处理
对45号钢表面进行喷砂处理或使用60#砂纸对45号钢进行粗化处理，去除表面锈迹， 以增强45号钢表面与熔覆层的结合强度，然后用丙酮清洗去除油污，最后在低温(<100°C ) 下烘干。2.准备涂层材料，预置涂层
首先将粒度为15 45 μ m、化学成分(按质量百分比)为Co22. 5%，Crl9. 7%，B9. 5%，1. 6%ff, 余量为Mo的MoB/CoCr金属陶瓷粉末在干燥箱中150°C左右进行烘干后，将MoB/CoCr金属陶瓷粉末与粘结剂搅拌均勻混合成比例为3:1 (质量比)的糊状或膏状混合物，均勻涂覆在表面活化处理后的45号钢表面上，进行压实和表面物理平整，预涂覆粉末厚度为Imm左右， 然后置入干燥箱中80°C以下烘干或自然风干。
3.激光熔覆制备MoB/CoCr金属陶瓷涂层
将预置好MoB/CoCr金属陶瓷的45号钢放置到激光器的机床上，进行激光熔覆处理，激光熔覆工艺参数为功率为1. 8kff,激光扫描速度200mm/s，搭接率30%，光斑直径5mm。组织结构分析发现，激光宏观形貌熔覆层平整、致密、无缺陷；熔覆层组织内部致密、无气孔和裂纹等缺陷。激光熔覆层的显微硬度为1706，熔覆层厚度为450 μ m。实施例2:
本实施例是在Φ 60 X 35mm的45号钢表面采用5kW，C02激光器进行激光熔覆金属陶瓷涂层，其制备按以下步骤进行 1. 45号钢表面活化处理
对45号钢表面使用60#砂纸对45号钢进行粗化处理，去除表面氧化物和锈迹，然后用丙酮清洗去除油污，自然风干。2.准备涂层材料，预置涂层
首先将粒度为15 45 μ m、化学成分(按质量百分比)为Co22. 5%，Crl9. 7%，B9. 5%，1. 6%ff, 余量为Mo的MoB/CoCr金属陶瓷粉末在干燥箱中150°C左右进行烘干后，将MoB/CoCr金属陶瓷粉末与粘结剂搅拌均勻混合成比例为3:1 (质量比)的糊状或膏状混合物，均勻涂覆在表面活化处理后的45号钢表面上，进行压实和表面物理平整，预涂覆粉末厚度为Imm左右， 然后自然风干。3.激光熔覆制备MoB/CoCr金属陶瓷涂层
将预置好MoB/CoCr金属陶瓷的45号钢放置到激光器的机床上，进行激光熔覆处理，激光熔覆工艺参数为功率为1. 7kff,激光扫描速度400mm/s，搭接率30%，光斑直径3mm。组织结构分析发现，激光宏观形貌熔覆层平整、致密；熔覆层组织内部致密、无气孔和裂纹等缺陷。激光熔覆层的显微硬度为1686，熔覆层厚度为345 μ m。实施例3
本实施例是在Φ 60 X 35mm的45号钢表面采用5kW，C02激光器进行激光熔覆金属陶瓷涂层，其制备按以下步骤进行 1. 45号钢表面活化处理
对45号钢表面使用60#砂纸对45号钢进行粗化处理，去除表面氧化物和锈迹，然后用丙酮清洗去除油污，自然风干。2.准备涂层材料，预置涂层
首先将粒度为15 45 μ m、化学成分(按质量百分比)为Co22. 5%，Crl9. 7%，B9. 5%，1. 6%ff, 余量为Mo的MoB/CoCr金属陶瓷粉末在干燥箱中150°C左右进行烘干后，将MoB/CoCr金属陶瓷粉末与粘结剂搅拌均勻混合成比例为3:1 (质量比)的糊状或膏状混合物，均勻涂覆在表面活化处理后的45号钢表面上，进行压实和表面物理平整，预涂覆粉末厚度为Imm左右， 然后自然风干。3.激光熔覆制备MoB/CoCr金属陶瓷涂层
将预置好MoB/CoCr金属陶瓷的45号钢放置到激光器的机床上，进行激光熔覆处理，激光熔覆工艺参数为功率为1.8kW，激光扫描速度600mm/s，搭接率40%，光斑直径3mm。组织结构分析发现，激光宏观形貌熔覆层平整、致密；熔覆层组织内部致密、无气孔和裂纹等缺陷。激光熔覆层的显微硬度为2020，熔覆层厚度为411 μ m。
权利要求
1.一种激光熔覆MoB/CoCr金属陶瓷涂层，其特征在于金属陶瓷涂层材料为MoB/CoCr 金属陶瓷，按重量百分比计算其成分为Co22. 5%，Cr 19. 7%，B9. 5%，1. 6%W，余量为Mo。
2.一种激光熔覆MoB/CoCr金属陶瓷制备方法，其特征在于45钢作为基体材料，通过表面预处理之后，将MoB/CoCr与粘结剂搅拌均勻混合的膏状物均勻涂覆在基体表面，进行压实和表面物理平整，预涂覆粉末厚度为1mm，置入干燥箱中80°C以下烘干或自然风干，采用5kW，CO2激光器进行激光熔覆；激光熔覆工艺参数为功率为1. 7^1. 8kw，激光扫描速度 20(T500mm/s，搭接率30% 40%，光斑直径5mm。
3.根据权力要求2所述的一种激光熔覆制备MoB/CoCr金属陶瓷涂层制备方法，其特征在于激光熔覆处理过程中采用氩气作为保护气体。
4.根据权力要求1所述的一种激光熔覆MoB/CoCr金属陶瓷涂层，其特征在于激光熔覆制备的MoB/CoCr金属陶瓷涂层厚度范围为345、50 μ m。
5.根据权力要求1所述的一种激光熔覆MoB/CoCr金属陶瓷涂层，其特征在于激光熔覆制备的MoB/CoCr金属陶瓷涂层平均显微硬度为1686 2020MPa。
全文摘要
本发明提供了一种激光熔覆MoB/CoCr金属陶瓷涂层制备方法，以MoB/CoCr金属陶瓷作为涂层材料，其中按重量百分比计算其成分为Co22.5%，Cr19.7%，B9.5%，1.6%W，余量为Mo。本发明优点在于制备的激光熔覆MoB/CoCr金属陶瓷涂层，涂层内部致密，无孔隙和裂纹等缺陷，涂层厚度可达几百微米。在激光熔覆过程中采用氩气保护，涂层材料无烧损，从而保持其原有的高硬度、高耐磨性和耐蚀性。
文档编号C23C24/10GK102383125SQ20111034548
公开日2012年3月21日 申请日期2011年11月4日 优先权日2011年11月4日
发明者李丹, 林厚勤, 白小波, 陈枭 申请人:九江学院