一种耐腐蚀熔覆粉末的制作方法

本发明属于合金粉末技术领域，具体涉及一种耐腐蚀熔覆粉末。

背景技术：

随着人们对生活品质要求的不断提升，对厨刀的使用性能要求也越来越高。目前，国内的刀具主要采用传统的加工技术，比如热处理、锻打、复合层刀刃等方式。由于这些传统加工技术对提高刀刃的性能有限，严重制约了我国高端刀具行业的发展。

激光熔覆技术是近年发展起来的一种高效的表面改性技术。根据工件服役要求，在工件表面添置特殊性能材料，通过高能激光束，使其与工件表层一起熔化接着迅速凝固，获得稀释率低、与工件表面形成良好冶金结合的熔覆层。这样，不仅可以改善工件表面的强度等性能，而且还可以减少贵重合金元素的使用量，大大降低生产成本。

目前，由于高铬铁基粉末具有价格低、成品硬度高和切削性能好等优势，因此在刀具的激光熔覆领域被广泛应用。但是，在实际使用过程中发现，对高铬铁基粉末进行激光熔覆处理后获得的熔覆层存在晶间腐蚀倾向，经过常规盐雾试验后在刀刃位置出现大量腐蚀点，严重影响刀具的使用寿命。

技术实现要素：

为了解决使用常规高铬铁基粉末对刀具进行激光熔覆处理获得的熔覆层，存在耐腐蚀性差的问题，本发明提出了一种耐腐蚀熔覆粉末。该熔覆粉末为合金粉末，包括高铬铁基粉末和钛粉；其中，所述高铬铁基粉末的质量百分比为85％～90％，所述钛粉的质量百分比为10％～15％。

优选的，所述高铬铁基粉末包括Cr、B、C、Si、Ni和Fe；其中，按质量百分比计，Cr为21％～26％、B为0.3％～0.8％、C为1.2％～1.6％、Si为3.2％～3.8％、Ni为1.3％～1.8％，其余为Fe。

优选的，所述高铬铁基粉末和钛粉的粒度均为150～250目。

一种耐腐蚀熔覆层的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1，秤取熔覆粉末；所述熔覆粉末包括高铬铁基粉末和钛粉；其中，所述高铬铁基粉末的质量百分比为85％～90％，所述钛粉的质量百分比为10％～15％；

步骤S2，对熔覆粉末进行混合和烘干处理；

步骤S3，采用激光熔覆技术制备熔覆层。

优选的，在所述步骤S1中，所述高铬铁基粉末包括Cr、B、C、Si、Ni和Fe；其中，按质量百分比计，Cr为21％～26％、B为0.3％～0.8％、C为1.2％～1.6％、Si为3.2％～3.8％、Ni为1.3％～1.8％，其余为Fe。

优选的，在所述步骤S2中，采用真空干燥箱进行熔覆粉末的烘干处理；其中，烘干温度为110～130℃，时间为1.5～2.5小时。

优选的，在所述步骤S3中，进行激光熔覆时的工艺参数为：送粉速度为45～50g/min，激光功率为2000～3000W，激光光斑聚焦直径为2.8mm，离焦量为2～4mm，扫描速度为12～15mm/s，保护气采用氩气，送粉方式采用同轴送粉。

一种耐腐蚀刀具，其刀刃部位设有耐腐蚀层，所述耐腐蚀熔覆层是由高铬铁基粉末和钛粉组成的合金粉末熔覆加工而成；其中，所述高铬铁基粉末的质量百分比为85％～90％，所述钛粉的质量百分比为10％～15％。

优选的，所述高铬铁基粉末包括Cr、B、C、Si、Ni和Fe；其中，按质量百分比计，Cr为21％～26％、B为0.3％～0.8％、C为1.2％～1.6％、Si为3.2％～3.8％、Ni为1.3％～1.8％，其余为Fe。

优选的，所述耐腐蚀层采用激光熔覆技术加工而成。

本发明具有以下有益效果：在本发明中，通过在高铬铁基粉末中添加一定含量的钛粉，形成由质量百分比为85％～90％的高铬铁基粉末和由质量百分比为10％～15％的钛粉组成的熔覆粉末。此时，采用该熔覆粉末对刀具进行激光熔覆处理时，通过添加的钛可以快速对高铬铁基粉末中的碳进行结合形成TiC，从而可以抑制在高温急冷过程中Cr23C6的形成，进而避免在晶粒边界发生贫铬现象，最终实现对熔覆层耐腐蚀性能的改善和提升。同时，在本发明中，通过对熔覆粉末中钛粉含量的精准控制，有效的保存了激光熔覆处理后熔覆层的硬度，从而实现对刀具整体性能的提升。

附图说明

图1为在实施例1中完成激光熔覆处理后获得刀具的局部外观图；

图2为在实施例2中完成激光熔覆处理后获得刀具的局部外观图；

图3为在对比例1中完成激光熔覆处理后获得刀具的局部外观图；

图4为在对比例2中完成激光熔覆处理后获得刀具的局部外观图；

图5为在对比例3中完成激光熔覆处理后获得刀具的局部外观图。

具体实施方式

下面以对基体材质为3Cr13不锈钢的刀具进行刀刃部位熔覆加工为例，对本发明的技术方案进行详细介绍。

实施例1

步骤S1，按质量百分比，秤取熔覆粉末。熔覆粉末包括高铬铁基粉末和钛粉，其中高铬铁基粉末的质量百分比为90％，钛粉的质量百分比为10％。

优选的，在本实施例中，高铬铁基粉末包括Cr、B、C、Si、Ni和Fe。其中，按质量百分比计，Cr为21％～26％、B为0.3％～0.8％、C为1.2％～1.6％、Si为3.2％～3.8％、Ni为1.3％～1.8％，其余为Fe。

此外，在本实施例中，将高铬铁基粉末的粒度和钛粉的粒度都控制在150～250目，使最终熔覆层中两种粉末的粒度大小均匀，从而保证熔覆层具有稳定的性能。

步骤S2，对熔覆粉末进行混合和烘干处理。首先，采用球磨机对熔覆粉末进行连续4～5小时的球磨，其中转速控制为200～250r/min。然后，将球磨后的熔覆粉末置于真空干燥箱中进行烘干处理，其中烘干温度设定为120℃，烘干时间设定为2小时。

步骤S3，对基体材质为3Cr13不锈钢的刀具进行激光熔覆处理。首先，对刀具进行表面清洁处理，其中包括打磨除锈和无水乙醇清洗油污。然后，采用激光熔覆工艺将步骤S2中的熔覆粉末加工至刀具的刀刃部位，从而获得具有熔覆层的刀具。

其中，激光器选用碟片式激光器，送粉方式采用同轴送粉，熔覆工艺参数为：送粉速度为47g/min，激光功率为2500W，激光光斑聚焦直径为2.8mm，离焦量为2.5mm，扫描速度为13mm/s，保护气体采用氩气。

实施例2

采用与实施例1相同的方法对刀具的刀刃部位进行激光熔覆加工，其区别仅在于：熔覆粉末中高铬铁基粉末的质量百分比为85％，钛粉的质量百分比为15％，从而获得具有相应熔覆层的刀具。

对比例1

采用与实施例1相同的方法对基体材质为3Cr13不锈钢的刀具进行刀刃部位的熔覆加工，其区别仅在于：熔覆粉末中只包括高铬铁基粉末，而不加入钛粉，从而获得具有相应熔覆层的刀具。

对比例2

采用与实施例1相同的方法对基体材质为3Cr13不锈钢的刀具进行刀刃部位的熔覆加工，其区别仅在于：熔覆粉末中高铬铁基粉末的质量百分比为95％，钛粉的质量百分比为5％，从而获得具有相应熔覆层的刀具。

对比例3

采用与实施例1相同的方法对基体材质为3Cr13不锈钢的刀具进行刀刃部位的熔覆加工，其区别仅在于：熔覆粉末中高铬铁基粉末的质量百分比为80％，钛粉的质量百分比为20％，从而获得具有相应熔覆层的刀具。

接下来，对实施例1、实施例2以及对比例1、对比例2和对比例3中获得的具有熔覆层的刀具进行性能检测，包括硬度试验和盐雾试验。首先，通过激光切割的方式，沿垂直于熔覆方向对熔覆层截取10mm×10mm的试样进行硬度测量。然后，对剩余的刀具进行盐雾试验。

硬度试验：在每一个试样的表面选取五个测试点进行洛氏硬度检测，并获得如表1所示的对应测试点硬度值及平均值。

表1

结合表1所示，与对比例1相比较，在实施例1、实施例2以及对比例2中，通过控制熔覆粉末中添加钛粉的含量，形成由质量百分比为85％～95％的高铬铁基粉末和质量百分比为5％～15％的钛粉组成的合金粉末并进行刀具的激光熔覆处理，获得熔覆层的硬度均达到60HRC以上，与对比例1中获得的熔覆层具有同等级别的硬度，即与现有技术中采用高铬铁基粉末进行刀具熔覆加工获得的熔覆层具有同等级别的硬度。

结合表1所示，与对比例1和实施例2相比较，在对比例3中的熔覆粉末中添加钛粉的质量百分比高于15％，形成由质量百分比为80％的高铬铁基粉末和质量百分比为20％的钛粉组成的熔覆粉末并进行刀具的激光熔覆处理，获得熔覆层的硬度大幅度下降。其中，此时的平均硬度只有49.6HRC，与对比例1相比较，即与现有技术中采用高铬铁基粉末进行刀具熔覆加工获得的熔覆层相比较，硬度下降了21.7％。

盐雾试验：首先，对完成激光熔覆处理并具有熔覆层的刀具进行开刃处理。然后，根据GBT 15067.2-1994标准和BS EN ISO 8442-1-1998标准，对完成开刃处理的刀具进行盐雾试验，并且分别获得图1至图5所示的刀具外观图。其中，试验过程中，对测试刀具进行完全处于氯化钠溶液中和完全处于空气中的周期性交替运动，氯化钠溶液的浓度为1％，温度为60℃，周期性运动频率为2～3次/min，试验时间为连续6小时。

结合图1、图2、图3和图5所示，其中图1、图2和图5所示刀具的刀刃部位光滑平整，不存在腐蚀点的缺陷，而在图3所示刀具的刀刃部位存在大量的腐蚀点。即与对比例1相比较，在实施例1、实施例2以及对比例3中，通过在熔覆粉末中添加一定量的钛粉，形成由质量百分比为80％～95％的高铬铁基粉末和质量百分比为5％～20％的钛粉组成的熔覆粉末，并对刀具进行激光熔覆处理，获得刀具的耐腐蚀性显著提升。

结合图1、图3和图4所示，与实施例1和对比例1相比较，在对比例2中通过在熔覆粉末中添加质量百分比低于10％的钛粉，形成由质量百分比为95％的高铬铁基粉末和质量百分比为5％的钛粉组成的熔覆粉末，并对刀具进行激光熔覆处理，获得刀具的耐腐蚀性有所改善但在刀具的刀刃部位仍然存在少量的腐蚀点缺陷。

综上所示，结合硬度试验和盐雾试验可知，通过在高铬铁基粉末中添加钛粉可以改善熔覆层的耐腐蚀性，但是当钛粉含量过高时熔覆层的硬度会发生大幅度下降，影响刀具的整体使用性能。将钛粉的质量百分比控制在10％～15％，形成由质量百分比为85％～90％的高铬铁基粉末和质量百分比为10％～15％的钛粉组成的熔覆粉末进行刀具的激光熔覆处理时，得到的熔覆层即保持了较高的硬度并且其耐腐蚀性得到大幅度提升，提高了刀具的整体性能。