一种激光熔覆复合涂层的制备方法

本发明涉及涂层制备的，具体涉及一种激光熔覆复合涂层的制备方法。

背景技术：

1、激光熔覆由于涂层具有组织致密、冶金结合、高硬度、高耐磨性等特点，但其由于稀释率较高，生产效率较低导致其在特定工作环境下的应用受到限制，超高速激光熔覆是基于激光熔覆发展而来的一种高效表面技术。通过光、粉的合理调整，实现光-粉在空间最理想的交互，粉末的熔化更加稳定、能量利用更加高效。其工艺特征赋予了超高速激光熔覆诸多优点，如：对于基材热输入较少从而使涂层内部残余应力降低从而可以减少涂层缺陷，因此，通过超高速激光熔覆对工件进行表面强化已成为机械零部件表面工程领域的研究热点。

2、目前金属基涂层已经得到了广泛的应用，然而随着愈加恶劣的工况，金属涂层的性能已经很难满足服役需求。相比于金属基材料，陶瓷材料在硬度、高温强度、耐磨性等方面都要优越得多，因此在金属涂层中加入陶瓷颗粒制备陶瓷增强金属基复合涂层可以显著提升材料性能。

3、一般的陶瓷材料的加入虽然可以提高涂层的硬度以及耐磨性，但是对于减磨的作用并不明显甚至会导致摩擦系数升高，一些研究为解决上述问题会选择加入固体润滑剂如石墨烯、mos2、ws2等，然而由于此类材料的低熔点在高能激光束的作用下容易烧损，很难保留在涂层中发挥其作用同时也可能会生成一些导致涂层性能下降的化合物。

4、立方氮化硼(cbn)作为陶瓷增强相，是一种新型的陶瓷材料，其硬度仅次于金刚石属于超硬材料，由于其出色的性能如高强度、高硬度、良好的耐腐蚀性、良好的耐磨性、良好的耐热性以及高耐化学性，已经成为工程应用中最有前途的结构材料之一。

5、因此，现有技术有待于进一步发展。

技术实现思路

1、针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种激光熔覆复合涂层的制备方法，并提供如下技术方案：

2、一种激光熔覆复合涂层的制备方法，复合涂层的原料包括立方氮化硼粉末，采用激光熔覆技术在基材上制备复合涂层，立方氮化硼在高能激光束作用下发生相变，形成同时具有立方氮化硼和六方氮化硼的复合涂层。

3、进一步地，形成的立方氮化硼和六方氮化硼的含量比例为60％-70％：30％-40％。

4、进一步地，复合涂层的原料还包括铬镍合金粉末，将铬镍合金粉末与立方氮化硼粉末混合后研磨形成混合粉末，以混合粉末为复合涂层的原料进行激光熔覆。

5、进一步地，立方氮化硼粉末的添加量为铬镍合金粉末的15wt％-20wt％。

6、进一步地，激光熔覆的工艺参数为：激光功率设置为1800w-2300w，扫描速率为220-250mm/s，搭接率为85％-90％。

7、进一步地，所述激光喷涂的过程中，设置物理场辅助立方氮化硼粉末产生相变。

8、进一步地，所述物理场由超声设备提供，所述超声设备的输出功率为70％-80％。

9、进一步地，设置复合涂层的搭接率为85％-90％。

10、进一步地，所述基材为钛合金。

11、有益效果：

12、1、本发明的激光熔覆复合涂层的制备方法，通过调控制备方法实现了在激光喷涂的过程中cbn向六方氮化硼(hbn)的转化，并且合理控制cbn和hbn的比例，使得cbn和hbn协同作用，从而获得兼顾硬度和润滑性能的复合涂层。

13、2、本发明中以钛合金为基材，在激光熔覆的过程中，钛元素与分解的cbn中的n元素结合，使涂层中生成tin，提高涂层的硬度。

14、3、本发明探究了立方氮化硼的最优含量以及最佳激光熔覆参数从而使涂层性能达到最优。

技术特征：

1.一种激光熔覆复合涂层的制备方法，其特征在于，复合涂层的原料包括立方氮化硼粉末，采用激光熔覆技术在基材上制备复合涂层，在激光的作用下立方氮化硼粉末产生相变，形成同时具有立方氮化硼和六方氮化硼的复合涂层。

2.根据权利要求1所述的激光熔覆复合涂层的制备方法的制备方法，其特征在于，形成的立方氮化硼和六方氮化硼的含量比例为60％-70％：30％-40％。

3.根据权利要求1所述的激光熔覆复合涂层的制备方法，其特征在于，复合涂层的原料还包括铬镍合金粉末，将铬镍合金粉末与立方氮化硼粉末混合后研磨形成混合粉末，以混合粉末为复合涂层的原料进行激光熔覆。

4.根据权利要求3所述的激光熔覆复合涂层的制备方法，其特征在于，立方氮化硼粉末的添加量为铬镍合金粉末的15wt％-20wt％。

5.根据权利要求1所述的激光熔覆复合涂层的制备方法，其特征在于，激光熔覆的工艺参数为：激光功率设置为1800w-2300w，扫描速率为220-250mm/s，搭接率为85％-90％。

6.根据权利要求1所述的激光熔覆复合涂层的制备方法，其特征在于，所述激光熔覆的过程中，设置物理场辅助立方氮化硼粉末产生相变。

7.根据权利要求6所述的激光熔覆复合涂层的制备方法，其特征在于，所述物理场为超声辅助，由超声设备提供，所述超声设备的输出功率为70％-80％。

8.根据权利要求1所述的激光熔覆复合涂层的制备方法，其特征在于，设置复合涂层的搭接率为85％-90％。

9.根据权利要求1所述的激光熔覆复合涂层的制备方法，其特征在于，所述基材为钛合金。

技术总结
本发明提供了一种激光熔覆复合涂层的制备方法，制备方法如下：复合涂层的原料包括立方氮化硼粉末，采用激光熔覆技术在基材上制备复合涂层，在激光的作用下立方氮化硼粉末产生相变，形成同时具有立方氮化硼和六方氮化硼的复合涂层。通过调控制备方法实现了在激光喷涂的过程中立方氮化硼(cBN)向六方氮化硼(hBN)的转化，并且合理控制cBN和hBN的比例，使得cBN和hBN协同作用，从而获得兼顾硬度和润滑性能的复合涂层。

技术研发人员：蔡志海,于月洋,李洋,牟泓霖,邢志国,杜娴,李静,柳健,刘军,王海斗
受保护的技术使用者：中国人民解放军陆军装甲兵学院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25