Fe-Ni-SiO2合金涂层晶粒细化及其制备方法与流程

本发明涉及金属材料表面涂层激光加工领域，更具体地说，本发明涉及fe-ni-sio2合金涂层晶粒细化及其制备方法。

背景技术：

目前残余应力问题已经成为影响激光沉积成形大规模商业化应用的主要问题之一。因此，研究激光沉积成形过程中材料温度、结构、物性的演化，探索应力演化的影响规律及机理，实现应力的高精度计算，进而实现应力水平及其分布的调整，具有非常重要的现实意义。

有关因瓦合金在激光沉积方面的研究鲜有报道，据作者前期研究发现，利用因瓦合金的低膨胀性特点可以有效的解决沉积层开裂问题。激光沉积表面强化技术又可以一定程度解决因瓦合金硬度、强度低的这个问题，有望制备出无裂纹沉积涂层，应用于轨道装备以及大型装备上的一些关键零部件上具有很大的应用前景。

技术实现要素：

针对现有技术上述存在的问题和缺陷，本发明了提供一种fe-ni-sio2合金涂层晶粒细化及其制备方法，是利用激光金属直接沉积技术将合金粉末熔化并沉积在现有金属材料表面形成金属涂层，该方法具有工艺简单、操作方便、成本低、自动化程度高等优点。

本发明解决的技术问题采用的技术方案是：fe-ni-sio2合金层的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)铁基材料即基板的预处理：包括对基板的打磨及喷砂处理；

(2)复合粉末的制备：筛选出合适粒度大小的fe、ni、sio2粉末，并按比例混合均匀，获得混合粉末。将混合粉末在球磨机中低速球磨混合均匀，随后将混合粉末放置在恒温干燥箱内干燥；

(3)激光沉积：采用激光多道多层沉积技术，单层搭接沉积路径为“s”型。

进一步地，上述技术方案步骤(3)中所述的基板为采用45钢；

进一步地，上述技术方案步骤(2)中各元素粉末粒度范围为150～300目。

进一步地，上述技术方案步骤(2)中所述球磨时间为2～4小时，球磨机转速为50～250r/min，所述混合粉末恒温干燥温度为30～60℃。

更进一步地，上述技术方案中所述的球磨机转速优选为200r/min，所述混合粉末恒温干燥温度优选为50℃。

进一步地，上述技术方案步骤(3)中采用的送粉装置为可实现自动送粉的同轴送粉器，送粉装置的送粉速率为7～11g/min，载气流量为6～9l/min。

进一步地，上述技术方案步骤(3)中所述的激光光源为半导体激光器，所用激光功率为800～1200w，所述激光器的光斑为圆形光斑，光斑直径为2～4mm，扫描速度为4～6mm/s。

本发明的有益效果在于：

1、本发明提供了一种新型的含sio2的铁镍合金晶粒细化剂，能作为铁镍合金有效的异质形核颗粒，添加量容易控制，使用方便。

2.本发明所述sio2晶粒细化剂，添加到铁镍合金中后，有效细化铁镍合金，强化铁镍合金，提高铁镍合金的综合力学性能。使用本发明制备的晶粒细化剂的铁镍合金，晶粒尺寸约为8μm，晶粒细化效果显著。

3.本发明所述制备方法，操作简单，成本低廉，自动化程度高，具有广阔的市场应用前景。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1为经实施例1处理的45钢基板表面fe-ni基合金激光沉积涂层的金相组织图；

图2为经实施例2处理的45钢基板表面fe-ni基合金激光沉积涂层的金相组织图；

图3为经实施例3处理的45钢基板表面fe-ni基合金激光沉积涂层的金相组织图。

具体实施方式

下面通过具体实施例来进一步说明发明。但这些事例仅用于说明发明而不用于限制本发明的范围。

下述实施例中，采用的激光沉积设备的型号为：ldm-2500-60型半导体激光器。

实施例1

一种fe-ni-sio2合金涂层晶粒细化及其制备方法，主要包括以下步骤：

基板预处理：

基板材料选用45号钢，尺寸为100mm×100mm×10mm的板型件，并采用qf-6050型手动喷砂机对基板进行喷砂处理，磨料选用金刚砂。

复合粉末配制：

选择合适的合适粒度大小的fe、ni、sio2粉末，并采用球磨工艺使两者混合均匀。其中粉末粒度范围为150～300目，化学成分为：因瓦合金粉末+sio2为2wt％。

采用激光多层叠加沉积技术制备块体材料：

单层搭接沉积路径为“s”型，单层沉积结束后激光熔覆头上移且坐标回归初始位置，重复单层搭接沉积过程，通过这种叠加的方式制备块体材料；

激光沉积时，采用高纯氩保护，气流量为9l/min，激光功率800w，扫描速度350mm/min。采用同轴送粉的原料添加方式，送粉速度为10g/min，送粉气为高纯氩，气流量为9lmin。采用6道10层叠加沉积，激光扫描路径为“s”型，搭接率为50％，z轴抬高量为0.2mm/层。

实施例2

一种fe-ni-sio2合金涂层晶粒细化及其制备方法，主要包括以下步骤：

基板预处理：

基板材料选用45号钢，尺寸为100mm×100mm×10mm的板型件，并采用qf-6050型手动喷砂机对基板进行喷砂处理，磨料选用金刚砂。

复合粉末配制：

选择合适的合适粒度大小的fe、ni、sio2粉末，并采用球磨工艺使两者混合均匀。其中粉末粒度范围为150～300目，化学成分为：因瓦合金粉末+sio2为4wt％。

采用激光多层叠加沉积技术制备块体材料：

单层搭接沉积路径为“s”型，单层沉积结束后激光熔覆头上移且坐标回归初始位置，重复单层搭接沉积过程，通过这种叠加的方式制备块体材料；

激光沉积时，采用高纯氩保护，气流量为9l/min，激光功率800w，扫描速度350mm/min。采用同轴送粉的原料添加方式，送粉速度为10g/min，送粉气为高纯氩，气流量为9lmin。采用6道10层叠加沉积，激光扫描路径为“s”型，搭接率为50％，z轴抬高量为0.2mm/层。

实施例3

一种fe-ni-sio2合金涂层晶粒细化及其制备方法，主要包括以下步骤：

基板预处理：

基板材料选用45号钢，尺寸为100mm×100mm×10mm的板型件，并采用qf-6050型手动喷砂机对基板进行喷砂处理，磨料选用金刚砂。

复合粉末配制：

选择合适的合适粒度大小的fe、ni、sio2粉末，并采用球磨工艺使两者混合均匀。其中粉末粒度范围为150～300目，化学成分为：因瓦合金粉末+sio2为6wt％。

采用激光多层叠加沉积技术制备块体材料：

单层搭接沉积路径为“s”型，单层沉积结束后激光熔覆头上移且坐标回归初始位置，重复单层搭接沉积过程，通过这种叠加的方式制备块体材料；

激光沉积时，采用高纯氩保护，气流量为9l/min，激光功率800w，扫描速度350mm/min。采用同轴送粉的原料添加方式，送粉速度为10g/min，送粉气为高纯氩，气流量为9lmin。采用6道10层叠加沉积，激光扫描路径为“s”型，搭接率为50％，z轴抬高量为0.2mm/层。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

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以上所述为本发明的较佳工作方式，并非对本发明型作任何限制，其他根据本发明型技术实质进行任何的修改和改进、以及变换等效结构，均属于本发明型技术方案的保护范围之内。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节。

发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。