1.本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种激光熔覆用钴基焊丝，还涉及该激光熔覆用钴基焊丝的制备方法。
背景技术：
2.激光熔覆技术是利用高能激光束对基体表面合金/粉末/丝材进行辐照，使基体表面薄层迅速熔化发生混合，冷却凝固后形成稀释率小、与基体呈现冶金结合的合金熔覆层。激光熔覆方法具有熔覆层致密度高、涂层与基体冶金结合良好等优点，是近年来表面强化技术的研究热点之一。目前常用的熔覆材料为fe、co、ni基合金粉末及添加陶瓷颗粒的合金粉末。采用合金粉末进行激光熔覆时，通常采用同轴送粉的方式。该种送粉方式对粉末的球形度要求较高。并且粉末激光熔覆的效率相对较低，无法满足现代工程实际对高效率的要求。现有市面上的实心焊丝，均是针对常规的熔化焊而设计的，并没有针对激光熔覆系统的实心焊丝。
3.其中，co基合金是一种具有较大非晶形成能力的材料，具有高硬度、良好的耐磨性和耐腐蚀性等特点。在普通的低碳钢表面进行co基合金的熔覆，可以对其表面进行强化，提高其耐磨性，延长其使用寿命，从而大大节约使用成本，并创造良好的经济效益，符合我国可持续发展的战略方针。
4.针对上述需求，本发明拟设计开发钴基激光熔覆用专用焊丝，从而既保证常规低碳钢的耐磨、耐腐蚀性能，又具有显著的熔覆速度。
技术实现要素：
5.本发明的目的是提供一种激光熔覆用钴基焊丝，可实现实心焊丝难以形成的高硬度、高耐磨熔覆层。
6.本发明的另一个目的是提供一种激光熔覆用钴基焊丝的制备方法。
7.本发明所采用的技术方案是，一种激光熔覆用钴基焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：cr粉30～40％，b粉10～20％，ni粉10～20％，硅铁粉5～10％，tic粉1～5％，wc粉1～5％，余量为co粉，以上组分质量百分比之和为100％。
8.本发明的特征还在于，
9.cr粉、b粉、ni粉、硅铁粉、co粉、tic粉和wc粉的粒度为200-300目。
10.焊皮为纯钴带，钴带的厚度为0.4mm，宽度为7mm。
11.药芯焊丝药粉的填充率为30～35wt.％。
12.本发明所采用的第二个技术方案是，一种激光熔覆用钴基焊丝的制备方法，具体步骤如下：
13.步骤1：按质量百分比分别称取cr粉30～40％，b粉10～20％，ni粉10～20％，硅铁粉5～10％，tic粉1～5％，wc粉1～5％，余量为co粉，以上组分质量百分比之和为100％；
14.步骤2：将上述粉末置于行星式球磨机中进行球磨处理，粉末的球磨时间为5～6h，
球磨速度为300～400rpm；
15.步骤3：对球磨后的复合粉末进行粒度筛分，使筛分后的粉末在200-300目的粒度范围内；
16.步骤4：将步骤3筛分后的粉末置于真空加热炉内进行加热处理，加热温度为260～300℃，保温时间为2-3h；
17.步骤5：采用酒精去除钴带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤4制备得到的混合药粉包裹在钴带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
18.步骤6：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0～1.2mm的药芯焊丝；
19.步骤7：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
20.本发明的特征还在于，
21.步骤5中，焊皮为纯钴带，钴带的厚度为0.4mm，宽度为7mm；药芯焊丝药粉的填充率为30～35wt.％。
22.本发明的有益效果是：
23.(1)本发明的钴基焊丝是专门用于激光熔覆系统，通过合理的调整填充率，可以保证激光熔覆过程焊丝较好的熔覆效率。
24.(2)本发明中的药粉通过球磨工艺制备，可以保证药粉较好的包裹性，避免在拉伸过程中粉末的分层；
25.(3)本发明的钴基药芯焊丝配合激光熔覆较高的冷却速度，有形成非晶激光熔覆层的趋势。
26.(4)本发明中的钴基药芯焊丝，添加多种合金元素，合理调控熔覆层的显微组织。药粉中添加了硬质相颗粒(tic和wc)，可以进一步提高熔覆的硬度和耐磨性。
27.(5)本发明的激光熔覆用钴基焊丝的制备方法，工艺简单，便于进行大规模批量生产。
附图说明
28.图1为本发明中实施案例2制备的药芯焊丝，在q345钢板上进行激光熔覆时所得到的熔覆层的横截面形貌；
29.图2为本发明中实施案例2制备的药芯焊丝，在q345钢板上进行激光熔覆时所得到的熔覆层的扫描电镜低倍组织形貌图；
30.图3为本发明中实施案例2制备的药芯焊丝，在q345钢板上进行激光熔覆时所得到的熔覆层的扫描电镜高倍组织形貌图；
31.图4为本发明中实施案例2制备的药芯焊丝，在q345钢板上进行激光熔覆时所得到的熔覆层的摩擦磨损形貌图。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
33.本发明提供一种激光熔覆用钴基焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比
由以下组分组成：cr粉30～40％，b粉10～20％，ni粉10～20％，硅铁粉5～10％，tic粉1～5％，wc粉1～5％，余量为co粉，以上组分质量百分比之和为100％。
34.cr粉、b粉、ni粉、硅铁粉、co粉、tic粉和wc粉的粒度为200-300目。
35.焊皮为纯钴带，钴带的厚度为0.4mm，宽度为7mm。
36.药芯焊丝药粉的填充率为30～35wt.％。
37.该药芯焊丝中主要合金组分的作用和功能如下：
38.co元素作为药芯焊丝的主要合金元素，因其具有耐高温、耐腐蚀的作用，因此以co元素为主的激光熔覆层也具有优异的耐高温和耐磨性能。
39.cr元素作为药芯焊丝药粉的主要元素，具有提高熔覆层耐腐蚀和耐高温的作用。
40.b元素作为药芯焊丝药粉的主要合金元素，b元素为强脱氧元素，b元素和si元素联合作用可以降低熔覆层金属的熔点，便于其脱渣脱氧，提高熔覆层金属的流动性，改善与基体材料的润湿性，减小熔覆层缺陷的形成倾向。
41.ni元素作为药芯焊丝药粉的另一个主要元素，可以提高熔覆层的润湿性，此外ni元素还可以有效提高熔覆层的韧性，降低开裂敏感性。
42.tic粉和wc粉属于陶瓷粉末，其加入钴基药芯焊丝的药粉中可以有效提高熔覆层的硬度和耐磨性能。此外，由于上述陶瓷粉末通过球磨工艺加入，因此所形成的熔覆层中这些硬质相弥散分布。此外，tic的热膨胀系数较小、比重较轻，且具有一定的塑韧性，因此tic粉末增强的激光熔覆层其塑韧性优于传统陶瓷粉末增强的激光熔覆层。
43.本发明还提供一种激光熔覆用钴基焊丝的制备方法，具体步骤如下：
44.步骤1：按质量百分比分别称取cr粉30～40％，b粉10～20％，ni粉10～20％，硅铁粉5～10％，tic粉1～5％，wc粉1～5％，余量为co粉，以上组分质量百分比之和为100％；
45.步骤2：将上述粉末置于行星式球磨机中进行球磨处理，粉末的球磨时间为5～6h，球磨速度为300～400rpm；
46.步骤3：对球磨后的复合粉末进行粒度筛分，使筛分后的粉末在200-300目的粒度范围内；
47.步骤4：将步骤3筛分后的粉末置于真空加热炉内进行加热处理，加热温度为260～300℃，保温时间为2-3h；
48.步骤5：采用酒精去除钴带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤4制备得到的混合药粉包裹在钴带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
49.步骤5中，焊皮为纯钴带，钴带的厚度为0.4mm，宽度为7mm；药芯焊丝药粉的填充率为30～35wt.％。
50.步骤6：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0～1.2mm的药芯焊丝；
51.步骤7：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
52.实施例1
53.一种激光熔覆用钴基焊丝的制备方法：
54.步骤1：按质量百分比分别称取cr粉30％，b粉10％，ni粉10％，硅铁粉5％，tic粉1％，wc粉1％，余量为co粉，以上组分质量百分比之和为100％。
55.步骤2：将上述粉末置于行星式球磨机中进行球磨处理，粉末的球磨时间为5h，球磨速度为300rpm；
56.步骤3：对球磨后的复合粉末进行粒度筛分，使筛分后的粉末为200目；
57.步骤4：将步骤3筛分后的粉末置于真空加热炉内进行加热处理，加热温度为260℃，保温时间为2h；
58.步骤5：采用酒精去除钴带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤4制备得到的混合药粉包裹在钴带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；步骤5中，焊皮为纯钴带，钴带的厚度为0.4mm，宽度为7mm；药芯焊丝药粉的填充率为30wt.％。
59.步骤6：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0mm的药芯焊丝；
60.步骤7：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
61.用实施例1制备的激光熔覆用钴基药芯焊丝在q345钢板上进行激光熔覆，激光功率3000w，光斑直径2mm，扫描速度3m/min，送丝速度0.8m/min。
62.经测试，熔覆层金属的洛氏硬度为52hrc。
63.实施例2
64.一种激光熔覆用铁基焊丝的制备方法：
65.步骤1：按质量百分比分别称取cr粉40％，b粉20％，ni粉20％，硅铁粉10％，tic粉5％，wc粉5％，以上组分质量百分比之和为100％。
66.步骤2：将上述粉末置于行星式球磨机中进行球磨处理，粉末的球磨时间为6h，球磨速度为400rpm；
67.步骤3：对球磨后的复合粉末进行粒度筛分，使筛分后的粉末为300目；
68.步骤4：将步骤3筛分后的粉末置于真空加热炉内进行加热处理，加热温度为300℃，保温时间为2h；
69.步骤5：采用酒精去除钴带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤4制备得到的混合药粉包裹在钴带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；步骤5中，焊皮为纯钴带，钴带的厚度为0.4mm，宽度为7mm；药芯焊丝药粉的填充率为35wt.％。
70.步骤6：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
71.步骤7：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
72.用实施例2制备的激光熔覆用钴基药芯焊丝在q345钢板上进行激光熔覆，激光功率3000w，光斑直径2mm，扫描速度3m/min，送丝速度0.8m/min。
73.经测试，熔覆层金属的洛氏硬度为57hrc。
74.实施例2制备得到的激光熔覆钴基药芯焊丝在q345钢板上熔覆，熔覆层的横截面形貌如图1所示。从图中可以看出，熔覆层各层之间搭接较好，无缺陷产生。图2是熔覆层的低倍组织形貌，可以看出熔覆层主要以胞状奥氏体组织为主。从高倍组织可以看出，如图3所示，在胞状直径间存在硬质相颗粒。从图4的摩擦磨损表面形貌图可以看出，熔覆层的耐磨性较好，以黏着磨损为主，强韧性匹配较好。
75.实施例3
76.一种激光熔覆用钴基焊丝的制备方法：
77.步骤1：按质量百分比分别称取cr粉35％，b粉15％，ni粉15％，硅铁粉7％，tic粉2％，wc粉3％，余量为co粉，以上组分质量百分比之和为100％。
78.步骤2：将上述粉末置于行星式球磨机中进行球磨处理，粉末的球磨时间为5.5h，球磨速度为350rpm；
79.步骤3：对球磨后的复合粉末进行粒度筛分，使筛分后的粉末为300目；
80.步骤4：将步骤3筛分后的粉末置于真空加热炉内进行加热处理，加热温度为280℃，保温时间为2h；
81.步骤5：采用酒精去除钴带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤4制备得到的混合药粉包裹在钴带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；步骤5中，焊皮为纯钴带，钴带的厚度为0.4mm，宽度为7mm；药芯焊丝药粉的填充率为32wt.％。
82.步骤6：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.1mm的药芯焊丝；
83.步骤7：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
84.用实施例3制备的激光熔覆用钴基药芯焊丝在q345钢板上进行激光熔覆，激光功率3000w，光斑直径2mm，扫描速度3m/min，送丝速度0.8m/min。
85.经测试，熔覆层金属的洛氏硬度为51hrc。
86.实施例4
87.一种激光熔覆用钴基焊丝的制备方法：
88.步骤1：按质量百分比分别称取cr粉37％，b粉12％，ni粉20％，硅铁粉6％，tic粉4％，wc粉2％，余量为co粉，以上组分质量百分比之和为100％。
89.步骤2：将上述粉末置于行星式球磨机中进行球磨处理，粉末的球磨时间为5.4h，球磨速度为380rpm；
90.步骤3：对球磨后的复合粉末进行粒度筛分，使筛分后的粉末为300目；
91.步骤4：将步骤3筛分后的粉末置于真空加热炉内进行加热处理，加热温度为270℃，保温时间为3h；
92.步骤5：采用酒精去除钴带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤4制备得到的混合药粉包裹在钴带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
93.步骤5中，焊皮为纯钴带，钴带的厚度为0.4mm，宽度为7mm；药芯焊丝药粉的填充率为31wt.％。
94.步骤6：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.0～1.2mm的药芯焊丝；
95.步骤7：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
96.用实施例4制备的激光熔覆用钴基药芯焊丝在q345钢板上进行激光熔覆，激光功率3000w，光斑直径2mm，扫描速度3m/min，送丝速度0.8m/min。
97.经测试，熔覆层金属的洛氏硬度为54hrc。
98.实施例5
99.一种激光熔覆用钴基焊丝的制备方法：
100.步骤1：按质量百分比分别称取cr粉35％，b粉14％，ni粉20％，硅铁粉6％，tic粉4％，wc粉2％，余量为co粉，以上组分质量百分比之和为100％。
101.步骤2：将上述粉末置于行星式球磨机中进行球磨处理，粉末的球磨时间为5h，球磨速度为400rpm；
102.步骤3：对球磨后的复合粉末进行粒度筛分，使筛分后的粉末为200目；
103.步骤4：将步骤3筛分后的粉末置于真空加热炉内进行加热处理，加热温度为270℃，保温时间为2h；
104.步骤5：采用酒精去除钴带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤4制备得到的混合药粉包裹在钴带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
105.步骤5中，焊皮为纯钴带，钴带的厚度为0.4mm，宽度为7mm；药芯焊丝药粉的填充率为35wt.％。
106.步骤6：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
107.步骤7：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
108.用实施例5制备的激光熔覆用钴基药芯焊丝在q345钢板上进行激光熔覆，激光功率3000w，光斑直径2mm，扫描速度3m/min，送丝速度0.8m/min。
109.经测试，熔覆层金属的洛氏硬度为57hrc。