专利名称：专用于光纤激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末的制作方法
技术领域：
本发明涉及到合金材料，尤其涉及到一种专门用于高能光纤激光熔覆的金属陶瓷合金粉末。
背景技术：
激光熔覆的原理就是利用高能激光束照射金属材料，使得其表面形成激光熔池，同时填注新的添加材料，待激光扫过之后一并冷却，由此在金属表面形成一层新的熔覆层。激光熔覆技术出现已经近20年，其中，二氧化碳激光熔覆占据了一个重要的位置。然而，二氧化碳激光由于其本身体积过大、柔性不强、光束质量不高、能量分布不均匀等原因，在技术发展的过程中，有逐渐被半导体激光与光纤激光所取代的趋势。 在将近二十年的激光熔覆应用过程中，市场已经为二氧化碳激光熔覆调制出了较多种类的合金粉末。然而，二氧化碳激光器的光束波长为10. 6微米,光纤激光器的光束波长为I微米左右，两者相差10倍。如果将原本适用于二氧化碳激光熔覆的合金粉末直接用于光纤激光熔覆，由于激光的波长发生了巨大变化，合金粉末被热辐射、热传导的物理过程随着发生极大的改变，往往因为传热与熔融不均匀，造成裂纹、缩松、缩孔、气孔等一系列不良后果。因此，很多原本适用于二氧化碳激光熔覆的合金粉末不能直接用于光纤激光熔覆，需要配制一种专门用于光纤激光熔覆的金属陶瓷合金粉末。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种与光纤激光的特性相配套的专用于光纤激光熔覆的金属陶瓷合金粉末。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为专用于光纤激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末，按重量百分比计，含有1-2 %的碳，1-2 %的硅，2-4%的铁，I. 5-2. 5 %的镍，3-4%的钥，8-12%的铬，3-4%的钨，13-17%的碳化钨，2_3%的氟化钙，1_2%的氮化娃，余量为钴。专用于光纤激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末的优选配比为，含有1.5%的碳，
I.5%的硅，3%的铁，2%的镍，3. 5%的钥，10%的铬，3. 5%的钨，15%的碳化钨，2. 5%的氟化隹丐，I. 5%的氮化娃,余量为钴。本发明所述的金属陶瓷合金粉末中的各种成分的作用如下钴(Co)元素作为金属陶瓷基材，熔覆时彻底熔融，与熔融状态的金属基材一同形成激光熔池，以供其他元素或化合物在熔池中均匀分布后凝固成熔覆层。硅(Si)元素硅元素在自熔性合金粉末中主要起自造渣、自保护作用，可以与进入熔池的氧元素优先形成硅酸盐，覆盖于熔池表面，防止液态金属过渡氧化，提高液态金属的润湿能力。铁(Fe)元素与基体材料相同，增强液态金属与基体的亲和性，提高熔覆层冶金结合的强度。
镍(Ni)元素通过增加熔覆层金相中的残余奥氏体，提高熔覆层的塑性与韧性。通过降低整体熔覆层的热膨胀系数，减少残余应力，消除应力集中，从而消除裂纹与缩松。钥(Mo)元素作为一种稀土元素添加剂，促进晶粒细化，提高熔覆层的组织均匀性，从而改善熔覆层的摩擦磨损性能。铬(Cr)元素具有较强的固溶强化能力，用于提高熔覆层的强度。当存在不熔性碳化钨的情况下，当铬(Cr)元素的含量超过8%时，熔覆层可获得优良的抗腐蚀性能。碳化钨(WC)颗粒在熔覆过程中不熔化，均匀分布在激光熔池中，作为强化微粒存在于熔覆层中，极大地增强了熔覆层的硬度。氟化钙(CaF2):作为添加材料，用于减少熔覆层凝固时的内应力，防止凝固后出现热裂纹、缩孔、缩松等缺陷。氮化硅(SiN4):作为除碳化钨WC之外的第二种陶瓷材料存在，在熔覆过程中不熔化，但对光纤激光短波长的热吸收率大，可使激光熔池中的热量加速分散，并作为低硬度金属元素与超高硬度陶瓷颗粒的缓和，增强抗蠕变性，抗氧化性，提高耐腐蚀性。本发明的有益效果为本发明所述的钴基金属陶瓷合金粉末，在光纤激光熔覆中，对光纤激光波长(960纳米 I. 06微米)具有较好的热吸收率；受到热辐射后各部分升温比较均匀；在激光熔池中，中央部分虽然温度较高，但热导性能好，可以迅速向熔池四边传热；液态金属对基材的润湿能力较强，最后形成的熔覆层结构致密，无裂纹、缩孔、缩松、气孔等缺陷，具有高硬度、高塑韧性、高耐腐蚀性等优异的金属学性能；而且，工艺方便，无需预先热处理及事后热处理。
具体实施例方式下面通过实施例详细描述本发明所述的具体实施方案。实施例一将碳10克，硅10克，铁20克，镍15克，钥30克，铬80克，钨30克，碳化钨130克，氟化钙20克，氮化硅10克，钴645克，经过充分机械混合，得到颗粒尺寸为30 65微米(V- m)的钴基金属陶瓷合金粉末。实施例二 将碳20克，硅20克，铁40克，镍25克，钥40克，铬120克，钨40克，碳化钨170克，氟化钙30克，氮化硅20克，钴475克，经过充分机械混合，得到颗粒尺寸为30 65微米(Pm)的钴基金属陶瓷合金粉末。实施例三将碳15克，硅15克，铁30克，镍20克，钥35克，铬100克，钨35克，碳化钨150克，氟化钙25克，氮化硅15克，钴560克，经过充分机械混合，得到颗粒尺寸为30 65微米(Pm)的钴基金属陶瓷合金粉末。由实施例三配制得到的钴基金属陶瓷合金粉末，用I. 5千瓦的光纤激光，光斑尺寸10mm2，行进速度2mm/s，喷粉速率8g/min，在对基材为45号钢的工件表面进行激光熔覆以后，所得数据与性能指标如下室温下，光纤激光熔覆的金属陶瓷合金拉伸试样的抗拉伸强度
= 1200MN/m2，光纤激光熔覆的金属陶瓷合金拉伸试样的断面收缩率= 7%，光纤激光熔覆的金属陶瓷合金硬度(维氏微观硬度HV)如下表所示
权利要求
1.专用于光纤激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末，按重量百分比计，含有1-2%的碳，1-2 %的硅，2-4%的铁，I. 5-2. 5 %的镍，3-4 %的钥，8_12 %的铬，3-4 %的钨，13-17 %的碳化钨，2-3%的氟化钙，1-2%的氮化硅，余量为钴。
2.如权利要求I所述的专用于光纤激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末，其特征在干，含有1. 5%的碳，I. 5%的硅，3%的铁，2%的镍，3. 5%的钥，10%的铬，3. 5%的钨，15%的碳化鹤，2. 5%的氣化丰丐，I. 5%的氣化娃，余量为钻。
全文摘要
本发明公开了一种与光纤激光的特性相配套的专用于光纤激光熔覆的金属陶瓷合金粉末，按重量百分比计，含有1-2％的碳，1-2％的硅，2-4％的铁，1.5-2.5％的镍，3-4％的钼，8-12％的铬，3-4％的钨，13-17％的碳化钨，2-3％的氟化钙，1-2％的氮化硅，余量为钴。该金属陶瓷合金粉末，专用于高能光纤激光器的熔覆过程，可在钢铁基材的工模具表面形成一层高硬度、高韧性、高耐腐蚀性的金属陶瓷熔覆层，熔覆层结构致密，无气孔、裂纹、缩孔等缺陷，具有高硬度、高塑韧性、高耐腐蚀性等优异的金属学性能；而且，工艺方便，无需预先热处理及事后热处理。尤其适用于对模具的表面处理，可以大幅提高模具的服役寿命。
文档编号C22C32/00GK102650012SQ20121013710
公开日2012年8月29日 申请日期2012年5月5日 优先权日2012年5月5日
发明者张翀昊, 柳岸敏 申请人:张家港市和昊激光科技有限公司