一种刹车盘修复用耐磨涂层及其制备方法与流程

本发明涉及金属冶金、激光加工领域，尤其涉及一种刹车盘用表面改性耐磨涂层及其制备方法。

背景技术：

1、汽车零部件再制造是我国发展循环经济,实现节能减排和环境友好的有效途径之一。刹车盘是车辆行驶中的重要安全部件，由于实际报废的刹车盘失效形式受材料纯净度、组织形态、热应力等因素综合影响，磨损失效时间具有不确定性,部分提前失效的刹车盘仍具有再修复价值。因此本专利通过超高速激光熔覆技术，在待修复磨损表面上制备了一种易熔覆、组织稳定、热影响小且耐磨损的梯度复合耐磨涂层，表面热磨损失重量显著降低，结构寿命显著延长。

2、超高速激光熔覆技术是在传统激光熔覆技术的基础上演化出的一种金属表面快速改性的工艺方法，该方法有别于传统激光熔覆，是在待熔覆表面上方1-2mm位置上实现激光光斑和金属粉斑的共聚，通过空间加热粉末至熔融态后，进入熔池形成低稀释率的冶金涂层，从而实现表面改性的目的。此外，该方法对基材的热出入小，熔池凝固速率极快，熔覆效率高，可为冶金备件修复提供低成本解决方案，但它对基材稀释率低，所形成的冶金结合界面位置往往呈现较大的应力突变，特别是对于铸铁件的修复，熔覆应力的缓解是一个亟待解决的工程性问题。

3、本专利利用超高速激光熔覆技术，从待熔覆粉末材料的合金成分设计入手，通过熔覆优先制备出热膨胀系数接近“零”的过渡涂层，在此基础上再熔覆制备出热膨胀系数低于碳化钨的金属基碳化钨复合耐磨涂层，从而达到铸铁刹车盘表面快速修复的目的。

技术实现思路

1、鉴于上述的目的，本发明实施例旨在提供一种刹车盘修复用耐磨涂层及其制备方法，用以至少解决现有直接超高速激光修复中存在的以下问题之一：1、低稀释率和较快的熔覆速率易在熔覆界面两侧引起应力突变，从而造成界面两侧力学性能失配；2、熔覆涂层耐磨相/基体间的相界面润湿结合不充分，由此诱发熔覆耐磨涂层中耐磨相剥离，耐磨性降低；3、直接混入的耐磨相在金属基中存在团聚现象，难以实现在涂层基体中弥散分布，涂层浅表区磨损失重量波动大。

2、本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

3、本发明提供了一种用于“零”膨胀过渡涂层的金属合金粉末，包含以下质量百分比的化学成分：cr：25~26%，ni：0.6~1%，c：≤0.05%，si：≤0.3%，mn：≤0.5%，s+p：≤0.03%，o：≤0.02%，h：≤0.01%，n：≤0.02%，余fe。

4、所述用于“零”膨胀过渡涂层的金属合金粉末，用于在待修复件表面超高速激光熔覆制备过渡涂层，其粉末球形度≥95%，粒度分布15-53μm，霍尔流动时间≤25s/50g。

5、在一种用于“零”膨胀过渡涂层的基础上，本发明还提供了一种低热膨胀金属基碳化钨复合涂层用混合粉末，用于超高速激光熔覆制备低热膨胀金属基碳化钨复合涂层。

6、进一步地，所述一种低热膨胀金属基碳化钨复合耐磨涂层用混合粉末，分别由金属基粉末和ni基包覆的碳化钨复合粉末组成，混合比例范围为1:1~2:3。所述金属基粉末，包含质量百分比的化学成分：cu：7~8%，ni：18~19%，co：2~3%，c：≤0.03%，si：≤0.3%，mn：≤0.5%，s+p：≤0.03%，o：≤0.05%，h：≤0.01%，n：≤0.05%，余fe；粉末球形度≥95%，粒度分布15-53μm。所述ni基包覆的碳化钨复合粉末，包含质量百分比8-10%的ni包覆碳化钨粉末，粉末球形度50-60%，粒度分布30-60μm。

7、进一步地，所述一种低热膨胀金属基碳化钨复合耐磨涂层用混合粉末，在行星式球磨机中以公转速度10-12r/min，自转速度60-80r/min混合1-2h后，混合粉末的霍尔流动时间≤50s/50g。

8、进一步地，采用超高速激光熔覆技术在灰色铸铁材质刹车盘表面制备过渡层合金涂层。熔覆层数为2层。单层熔覆工艺参数为：激光功率1700~1900w，工件外径旋转线速度21~23m/min，熔覆头沿刹车盘径向移动速度0.25~0.3mm/r，载粉气和保护气均为n2，载粉气流量5~7l/min，保护气流量6~7l/min，送粉速率25~30g/min。单层熔覆厚度0.2~0.3mm。

9、所述过渡层合金涂层，其特征在于：通过超高速激光熔覆工艺反复推拓熔覆后，该过渡涂层合金的n元素质量百分比提高至0.15~0.2%，-100℃~600℃的热膨胀系数在（0.2~1.0）×10-6/k以内。

10、进一步地，采用超高速激光熔覆技术在过渡层合金上开展金属基碳化钨复合耐磨涂层的熔覆。熔覆工艺参数为：激光功率2000~2200w，工件外径旋转线速度18~20m/min，熔覆头沿刹车盘径向移动速度0.25~0.28mm/r，载粉气和保护气均为ar2，载粉气流量6~8l/min，保护气流量7~8l/min，送粉速率40~50g/min。熔覆厚度0.5~0.6mm。

11、所述金属基碳化钨复合耐磨涂层，其特征在于：通过超高速激光熔覆工艺反复推拓熔覆该涂层后，测得该复合耐磨涂层合金在-100℃~600℃的热膨胀系数在（3.7~4.46）×10-6/k以内。同时，该涂层的最终熔覆后的质量百分比化学成分为：cu：5.6~7.27%，ni：24~29.56%，co：1.6~2.73%，c：≤0.03%，si：≤0.3%，mn：≤0.5%，s+p：≤0.03%，o：≤0.05%，h：≤0.01%，n：≤0.05%，余fe；

12、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

13、1、本发明的“零”膨胀过渡涂层用粉末材料，通过高cr、低ni成分设计，耦合超高速激光熔覆过程的n2保护环境，在所述熔敷工艺条件下使得熔覆涂层原位增n；增n后的涂层经该工艺反复堆拓后，经标准取样测试其在-100℃~600℃的热膨胀系数在较低水平。通过降低涂层热膨胀系数的方式，达到消融熔覆涂层残余应力、避免涂层与刹车盘修复界面开裂的技术效果。

14、2、本发明的“零”膨胀过渡涂层，通过超高速激光熔覆涂层稀释率低的特点，耦合单层厚度控制和双层熔覆，待修复件的化学成分对第二层过渡层成分的影响可以忽略不计，同时达到涂层与基体冶金结合的目的。

15、3、本发明的低热膨胀金属基碳化钨复合耐磨涂层成分设计，考虑到cu、ni、co等元素对碳化钨颗粒相具有良好的润湿性和包覆能力，避免涂层熔覆后碳化钨颗粒相磨损脱落，涂层金属基材料的化学成分中添加一定量的cu-ni-co合金，并在一定成分配比的基础上控制了金属基的低热膨胀在较低水平，最终耦合一定比例的碳化钨，实现了复合耐磨涂层在-100~600℃时的热膨胀系数低于单一碳化钨在600℃时的热膨胀系数。

16、4、本发明的低热膨胀金属基碳化钨复合耐磨涂层，采用超高速激光熔覆的方法制备而成，其对中间过渡涂层的热影响区范围低于两侧推拓熔覆的中间过渡层厚度，即最大程度地避免了复合耐磨涂层对刹车盘基体材料的热作用。同时，复合耐磨涂层的热膨胀系数与过渡层的热膨胀系数较为接近，二者熔覆界面处可处于较低的残余应力状态，有效避免了因熔覆应力造成的复合耐磨涂层开裂。

17、5、本发明的一种刹车盘修复用耐磨涂层及其制备方法，可实现刹车盘的表面快速再修复。修复后的最终涂层表面，在600℃条件下的磨损失重率在0.0012~0.0018g/h之间，同比表面磨损失重率0.012g/h的原刹车盘ht250材料，提升至少十倍。

18、本发明中，上述各技术方案之间环环相扣，逻辑思路清晰。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。