一种铁基碳化钛激光熔覆材料的制作方法
【专利摘要】本发明提出了一种铁基碳化钛激光熔覆材料，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：选取45钢作为熔覆的基体，用600目砂纸打磨光洁，再用丙酮溶液清除干净基体表面油污和锈迹；步骤二：调整铁基元素含量使其与碳化钛密度接近，通过机械混粉器将质量百分比10％、20％、30％、40％、50％碳化钛粉末与铁基合金粉末混合均匀，用烘干机烘干水分，将混合粉末预置在45钢基体表面，粉末厚度1.5mm；步骤三：使用高功率半导体激光器熔覆，其中激光功率3000～8000W，所选用的光斑宽为4～8mm，焦距370。扫描速度分别为8～16mm/s，保护气体为氩气。
【专利说明】
一种铁基碳化钛激光熔覆材料
技术领域
[0001]本发明属于激光熔覆金属碳化物陶瓷材料领域，尤其涉及一种铁基碳化钛粉末激光熔覆材料。
【背景技术】
[0002]激光熔覆技术是被广泛认可的一种获得耐磨、耐热、抗氧化和抗腐蚀涂层的表面技术，也是一种实现工件再制造的成形技术。它是以高能量密度的激光束为热源在基材表面熔覆一层合金材料，使熔覆层与基材实现冶金结合，且在基材表面形成与原有完全不同成分、性能的合金层的表面改性方法。该技术具有很多优点:如(I)激光能量密度高，加热速度快，对基材热影响小，易实现自动化。(2)可将基材的稀释率控制在极低的范围。(3)熔覆层与基材成冶金结合，结合强度高，可以保证涂层在使用过程中不易脱落。(4)适用材料体系广泛，理论上任何基材表面均能激光熔覆几乎所有的金属或陶瓷材料等。(5)还可以用于废品件的处理，大量节约加工成本，对环境的污染小等。
[0003]激光熔覆技术自出现以来，在工业中的应用主要有以下几个方面:(I)在航空航天工业中的应用。航天发动机磨损是发动机使用和维修的一大难题，通过激光熔覆可以获得优异性能的熔覆层，为燃气涡轮发动机零件的修复开创了一个新局面。(2)在汽车工业中的应用。在汽车发动机上，可以用激光熔覆形成具有优良耐磨、耐热的合金涂层。(3)在模具上的应用，工模具的使用决定了许多设备的生产率和生产成本。(4)改善金属材料的耐磨性。激光熔覆是提高金属材料耐磨性能的有效途径之一。
[0004]熔覆材料:目前应用广泛的激光熔覆材料主要有:镍基、钴基、铁基合金、碳化钨复合材料。在金属粉末中，自熔性合金粉末的研究与应用最多。
[0005]Fe基自熔性合金粉末适用于要求局部耐磨且容易变形的零件，基体多为铸铁和低碳钢，其最大优点是成本低且抗磨性能好。但是，与Ni基、Co基自恪性合金粉末相比，Fe基自熔性合金粉末存在自熔性较差、熔覆层易开裂、易氧化、易产生气孔等缺点。在Fe基自熔性合金粉末的成分设计上，通常采用B、Si及Cr等元素来提高熔覆层的硬度与耐磨性，用Ni元素来提高熔覆层的抗开裂能力。
[0006]碳化钛是过渡金属碳化物，具有高熔点、高硬度、优良的化学稳定性和耐腐蚀性，是硬质合金的重要原料，因此在结构材料中作为硬质相而被广泛用于制作耐磨材料、切削刀具材料、机械零件等。与铁有很好的相容性，因而成为铁基复合材料的增强相。
[0007]激光熔覆铁基合金粉末适用于要求局部耐磨而且容易变形的零件。镍基合金粉末适用于要求局部耐磨、耐热腐蚀及抗热疲劳的构件。钴基合金粉末适用于要求耐磨、耐蚀及抗热疲劳的零件。陶瓷涂层在高温下有较高的强度，热稳定性好，化学稳定性高，适用于要求耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化性的零件。在滑动磨损、冲击磨损和磨粒磨损严重的条件下，纯的镍基、钴基和铁基合金粉末已经满足不了使用工况的要求，因此，找到一种提高铁基激光熔覆涂层的硬度与组织稳定性的方法十分重要。
【发明内容】
[0008]本发明针对上述问题，通过在铁基粉末中加入碳化钛粉末的方法，提高了熔覆层与基体的结合度，提高了熔覆层的硬度、耐磨性、耐腐蚀性。
[0009]本发明提供一种铁基碳化钛激光熔覆材料，其特征在于，包括以下步骤:
[0010]步骤一:选取45钢作为熔覆的基体，用600目砂纸打磨光洁，再用丙酮溶液清除干净基体表面油污和锈迹；
[0011 ]步骤二:调整铁基粉末成分含量使其密度与碳化钛接近，通过机械混粉器将质量百分比10%、20 %、30 %、40 %、50 %碳化钛粉末与铁基合金粉末混合均匀，用烘干机烘干水分，将混合粉末预置在45钢基体表面，粉末厚度1.5mm;
[0012]步骤三:使用高功率半导体激光器熔覆，其中激光功率为3000?8000W。所选用的光斑宽为4?8mm，焦距370。扫描速度为8?16mm/s，保护气体为氩气，所得熔覆层硬度最高可达 1323.9HV。
[0013]步骤二中的铁基合金与碳化钛粉末的粒度均为50?IΟΟμπι。
[0014]本发明具有以下优点:
[0015]1、激光熔覆可改善金属表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能；
[0016]2、激光熔覆铁基合金粉末适用于要求局部耐磨而且容易变形的零件，成本低且抗磨性能好
[0017]3、碳化钛是过渡金属碳化物，具有高熔点、高硬度、优良的化学稳定性和耐腐蚀性，是硬质合金的重要原料，与铁有很好的相容性，因而成为铁基复合材料的增强相。
[0018]4、激光光斑宽度大，能得到较大面积的熔覆层；
[0019]5、得到的熔覆层硬度显著提高，当混合粉末中碳化钛质量百分比分别为10%、20%、30%、40%、50%时，其熔覆层硬度为950.0?1273.7狀、564.3?965.9狀、675.4?1118.8HV、730.3?1120.3HV、553.6?1323.9HV。
【附图说明】
[0020]图1是本发明实例一的激光熔覆层硬度分布曲线；
[0021]图2是本发明实例一的SEM金相图片；
[0022]图3是本发明实例二的激光熔覆层硬度分布曲线；
[0023]图4是本发明实例二的SEM金相图片；
[0024]图5是本发明实例三的激光熔覆层硬度分布曲线；
[0025]图6是本发明实例三的SEM金相图片；
[0026]图7是本发明实例四的激光熔覆层硬度分布曲线；
[0027]图8是本发明实例四的SEM金相图片；
[0028]图9是本发明实例五的激光熔覆层硬度分布曲线；
[0029]图10是本发明实例五的SEM金相图片；
【具体实施方式】
[0030]实例一:[0031 ] (I)选取45钢作为熔覆的基体，用600目砂纸打磨光洁，再用丙酮溶液清除干净基体表面油污和锈迹；
[0032](2)通过机械混粉器将质量百分比10%碳化钛与铁基合金粉末混合均匀，用烘干机烘干水分，将混合粉末预置在45钢基体表面，粉末厚度为1.5mm;
[0033](3)使用高功率半导体激光器熔覆，其中激光功率为3000W。所选用的光斑宽为4mm，焦距370。扫描速度分别为8mm/s，保护气体为氩气；
[0034](4)经显微硬度测试，所得熔覆层最高硬度为1273.7HV。显微硬度分布图如图1所示，SEM金相图片如图2所示。
[0035]实例二:
[0036](I)选取45钢作为熔覆的基体，用600目砂纸打磨光洁，再用丙酮溶液清除干净基体表面油污和锈迹；
[0037](2)通过机械混粉器将质量百分比20%碳化钛与铁基合金粉末混合均匀，用烘干机烘干水分，将混合粉末预置在45钢基体表面，粉末厚度为1.5mm;
[0038](3)使用高功率半导体激光器熔覆，其中激光功率为4000W。所选用的光斑宽为5mm，焦距370。扫描速度分别为为10mm/s，保护气体为氩气；
[0039](4)经显微硬度测试，所得熔覆层最高硬度为965.9HV。显微硬度分布图如图3所示，SEM金相图片如图4所示。
[0040]实例三:
[0041 ] (I)选取45钢作为熔覆的基体，用600目砂纸打磨光洁，再用丙酮溶液清除干净基体表面油污和锈迹；
[0042](2)通过机械混粉器将质量百分比30%碳化钛与铁基合金粉末混合均匀，用烘干机烘干水分，将混合粉末预置在45钢基体表面，粉末厚度为1.5mm;
[0043](3)使用高功率半导体激光器熔覆，其中激光功率为5000W。所选用的光斑宽为6mm，焦距370。扫描速度分别为12mm/s，保护气体为氩气；
[0044](4)经显微硬度测试，所得熔覆层最高硬度为1118.8HV。显微硬度分布图如图5所示，SEM金相图片如图6所示。
[0045]实例四:
[0046](I)选取45钢作为熔覆的基体，用600目砂纸打磨光洁，再用丙酮溶液清除干净基体表面油污和锈迹；
[0047](2)通过机械混粉器将质量百分比40%碳化钛与铁基合金粉末混合均匀，用烘干机烘干水分，将混合粉末预置在45钢基体表面，粉末厚度1.5mm;
[0048](3)使用高功率半导体激光器熔覆，其中激光功率为6000W。所选用的光斑宽为7mm，焦距370。扫描速度分别为14mm/s，保护气体为氩气；
[0049](4)经显微硬度测试，所得熔覆层最高硬度为1120.3HV。显微硬度分布图如图7所示，SEM金相图片如图8所示。
[0050]实例五:
[0051 ] (I)选取45钢作为熔覆的基体，用600目砂纸打磨光洁，再用丙酮溶液清除干净基体表面油污和锈迹；
[0052](2)通过机械混粉器将碳化钛粉末与铁基合金粉末混合均匀制备成熔覆粉末，用烘干机烘干水分，将熔覆粉末预置在45钢基体表面，熔覆粉末厚度为1.5mm，通过调整铁基合金粉末成分使其与碳化钛密度接近，铁基合金粉末的化学成分为:0.03wt.%C,0.3wt.%Si，I.0wt.%Ni,12.7wt.%Cr,0.08wt.%B,0.1wt.% V, 1.2wt.%Mn,0.18wt.%Ce02，余量为铁，碳化钛粉末在熔覆粉末内的质量百分含量为50 % ;
[0053](3)使用高功率半导体激光器熔覆，其中激光功率为8000W。所选用的光斑宽为8mm，焦距370。扫描速度分别为为16mm/s，保护气体为氩气；
[0054](4)经显微硬度测试，所得熔覆层最高硬度为1323.9HV。显微硬度分布图如图9所示，SEM金相图片如图1O所示。
【主权项】
1.一种铁基碳化钛激光恪覆材料，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一:选取45钢作为熔覆的基体，用600目砂纸打磨光洁，再用丙酮溶液清除干净基体表面油污和锈迹； 步骤二:通过机械混粉器将碳化钛粉末与铁基合金粉末混合均匀制备成熔覆粉末，用烘干机烘干水分，将熔覆粉末预置在45钢基体表面，熔覆粉末厚度为1.5mm，通过调整铁基合金粉末成分使其与碳化钛密度接近； 熔覆粉末内铁基合金粉末的化学成分为:0.03wt.%C，0.3wt.%Si，1.0wt.%Ni，12.7wt.% Cr, 0.08wt.%B,0.1wt.%V, 1.2wt.%Mn,0.18wt.%Ce02，余量为铁，碳化钦粉末在熔覆粉末内的质量百分含量为50% ; 步骤三:使用高功率半导体激光器熔覆，其中激光功率为8000W，所选用的光斑宽为8mm，焦距370。扫描速度为16mm/s，保护气体为氩气，所得熔覆层硬度最高可达1323.9HV。2.如权利要求1所述的一种铁基碳化钛激光熔覆材料，其特征在于，步骤二中的碳化钛粒度为:50?ΙΟΟμπι;铁基合金粉末的粒度为:50?ΙΟΟμπι。
【文档编号】C22C38/46GK105925979SQ201610546420
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年7月8日
【发明人】雷剑波, 赵冬梅, 王植, 顾振杰, 王云山
【申请人】天津工业大学