提高激光熔覆中42CrMo钢性能的方法
【专利说明】提高激光膝覆中42CrMo钢性能的方法
[0001] 本发明申请是母案申请"激光烙覆用高赌合金粉末及烙覆层制备方法和用途"的 分案申请，母案申请申请日为2013年10月10日，母案申请申请号为2013104711065。
技术领域
[0002] 本发明设及多主元激光烙覆材料及烙覆层制备领域，更加具体地说，具体设及一 种激光烙覆用高赌合金粉末及烙覆层制备方法和用途。
【背景技术】
[0003] 激光烙覆是近年来快速发展的一种表面改性技术，它通过在基材表面添加烙覆材 料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起烙凝的方法，从而在基材表面形成 冶金结合的烙覆层。传统的激光烙覆粉末是W单一主元为基体的合金体系，如儀基、铁基、 钻基自烙性合金粉末，而多主元高赌合金是上世纪九十年代由我国台湾学者叶均蔚教授提 出的一种新型合金，此种合金设计理念的提出，打破了传统合金单元素为主的设计思想，开 启了一个新的合金设计领域。
[0004] 按照G化bs相规则，当合金由多种主要元素组成时，F = c-P+1，F为自由度，C为组 元数，P为相数。在恒压下，一个C组元系统中最大的平衡相数P=C+1。因此，高赌合金倾向于 形成简单固溶体，而不是形成金属间化合物，使得合金内相的总数远远低于G化bs相规则所 允许的数值。高赌效应是造成运种现象的原因。由于高赌效应抑制了脆性金属间化合物的 出现，高赌合金凝固后不仅不会形成数目众多的金属化合物，反而形成简单的体屯、立方或 面屯、立方相甚至非晶质，所得相数远远低于平衡相率所预测的相数。因此，通过适当的合金 配方设计，可获得高硬度、高加工硬化、耐高溫软化、耐高溫氧化、耐腐蚀、高电阻率等优异 特性，可应用于耐高溫材料，化工、舰船耐腐蚀性材料，飞机满轮叶片、高溫炉的耐热材料， 具有很大的应用前景。
[0005] 但由于高赌合金粉末中不同种类的金属元素之间及其与基体材料之间密度、烙 点、比热和膨胀系数等热物理性能存在较大差异，直接用于激光烙覆时难W获得表面连续、 成形良好、成分均匀的烙覆层。因此，配制适合于激光烙覆的高赌合金粉末是显得尤为必 要。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种高赌合金粉末材料及烙覆层 制备方法，获得成形良好的烙覆层，提高材料硬度和耐磨性。
[0007] 本发明的技术目的通过下述技术方案予W实现：
[000引激光烙覆用高赌合金粉末，由。6、化、化、41、51和胞元素粉末组成，即合金粉末组 成表示为FeNi化A1 SiMnx，X为Μη的摩尔比且其取值范围为0~1，具体来说，所述Fe、Ni、化、 Al、Si之间为等摩尔比，调整金属Μη的用量，W使其使用摩尔量与Si(或者其余四种元素）的 摩尔比为0~1，优选0.3-1，更加优选0.5-0.7。
[0009] 在进行制备时，首先按照各自元素的摩尔比进行配比计算，准确称量各个组分的 质量后将其进行充分混合W均匀即可，例如采用电子称称取各种元素的粉末，在研鉢中研 磨半小时使其混合均匀。其中选用各个组分均为纯度大于等于99%的粉末，粒径为100-500目，优选200-300目。
[0010] 利用本发明的合金粉末应用到激光烙覆焊接中，将激光烙覆用高赌合金粉末和乙 醇混合后，均匀涂覆在基体材料表面，干燥后通过激光烙覆即可获得烙覆层。
[0011] 其中所述乙醇选用分析纯的无水乙醇，在激光烙覆用高赌合金粉末和乙醇混合物 中，按照质量百分数由92~95%的合金粉末与5~8%的乙醇组成。
[0012] 在混合后，形成糊状或膏状，W便于在基体材料表面继续涂覆，经涂覆后在基体材 料表面形成预制层，所述预制层厚度为l-2mm。
[0013] 在进行激光烙覆时，选用基体材料为42CrMo钢，工艺参数为：激光功率为1550~ 1650KW，光斑直径为0.8~1.0mm，扫描速度为150~200mm/min，离焦量为0mm，保护气体采用 氣气或氮气，气体流量为20~25L/min;优选激光功率为1580~1620KW，光斑直径为0.8~ 1.0mm，扫描速度为180~200mm/min，离焦量为0mm，保护气体采用氣气，气体流量为22~ 25L/min。
[0014] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0015] (1)本发明合金粉末中，除去基本元素铁之外充分发挥各个元素的最大性能，Ni主 要用于提高材料润湿性并改善烙覆层性能，化主要通过固溶强化提高烙覆层硬度W及用于 提高烙覆层耐蚀性，A1主要提高烙覆层的抗高溫氧化性能，并通过固溶强化作用和增大晶 界滑移阻力来提高烙覆层硬度。此外，由于侣表面极易氧化形成致密的氧化膜，在合金中添 加 A1还可W提高烙覆层的耐蚀性，Si和Μη主要用于脱氧。
[0016] (2)本发明提供了一种高赌合金粉末及烙覆层制备方法，该方法工艺简单，实施简 便，成本适中，具有应用价值。
[0017] (3)本发明制备了成形良好、硬度较高、耐磨性较好的烙覆层。此外，与其他方法相 比，激光烙覆获得的涂层与基材结合强度更高。
【附图说明】
[0018] 图1为化NiCrAlSi烙覆层宏观形貌。
[0019] 图2为化NiCrAlSiMn烙覆层宏观形貌。
[0020] 图3为化NiCrAlSi烙覆层全貌。
[0021] 图4为化NiCrAlSiMn烙覆层全貌。
[0022] 图5为化NiCrAlSi烙覆层金相组织。
[0023] 图6为化NiCrAlSiMn烙覆层金相组织。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。各个金属元素来源如下表所 示：
[0025]
[0026] ~基体材料选用42CrMo钢，采用机械打磨去除氧化物，采用丙酬去除油污，其化学成 分如下表(质量分数％ )所示
[0027]
[0028] ~按照下述方法进行实施:
[0029] 1.按照摩尔比进行化NiCrAlSiMnx(其中X为摩尔比，且其取值范围为0~1)高赌合 金粉末配比计算，采用电子称称取各种元素的粉末，在研鉢中研磨半小时使其混合均匀。
[0030] 2.将92~95%的激光烙覆粉末与5~8%的乙醇混合成糊状或膏状后，涂覆在基体 材料表面，预制层厚度为l-2mm，风干后通过激光烙覆即可获得烙覆层。
[0031] 3.选择激光器采用JK2003SM型Nd:YAG进行激光烙覆。
[0032] 实施案例1
[0033] 1 .按照摩尔比进行FeNiCrAlSiMnx(取x = 0)高赌合金粉末配比计算：Fe为 20mol %，Ni为20mol %，吐为20mol %，A1为20mol %，Si为20mol %，采用电子称称取各种元 素的粉末。
[0034] 2.倒入研鉢，在研鉢中研磨半小时使其混合均匀。
[0035] 3.将配制好的激光烙覆粉末，取92 %与8 %乙醇混合成糊状或膏状后，涂覆在 42CrMo钢表面，预置层厚度为1mm，风干后进行激光烙覆。
[0036] 4.激光器采用JK2003SM型Nd: YAG，激光烙覆工艺参数为:激光功率为1550KW，光斑 直径为0.8mm，扫描速度为180mm/min