[發明專利]一種采用激光熔覆制備納米金剛石減摩涂層的方法

有效

• 申請號: 200910022748.0
• 申請日: 2009-05-27
• 公開（公告）號: CN101560659A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 魏剛;馬中偉;張鏡斌;王育召;穆耀釗
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第十二研究所
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 西安弘理專利事務所
• 代理人: 羅 笛

技術領域

本發明屬于表面工程技術領域，涉及一種制備納米金剛石減摩涂層的方法，具體涉及一種采用激光熔覆制備納米金剛石減摩涂層的方法。

背景技術

納米金剛石粉作為復合涂層的增強相，采用噴涂、真空熔燒等手段可以獲得減摩涂層。現有的制備方法是：將納米金剛石粉混合入金屬基粉末中，通過粘結或直接鋪覆在待熔覆的工件表面，再進行真空熔燒或者熱噴涂得到金剛石減摩涂層。通過以上方法制備的減摩涂層強度低、與基體結合性能差，不能滿足高溫、高交變載荷條件下的長壽命使用。一方面涂層的松散結構導致微粒脫落，反而加速材料的磨損；另一方面涂層與基體的結合強度不足，在交變應力、磨損腐蝕及熱震的作用下，涂層極易剝落，給使用帶來很大的隱患。

發明內容

本發明的目的在于提供一種采用激光熔覆制備納米金剛石減摩涂層的方法，解決了現有減摩表面涂層技術存在的涂層強度低、組織松散易導致微粒脫落、與基體結合性能差導致涂層極易剝落等問題。

本發明所采用的技術方案是，一種采用激光熔覆制備納米金剛石減摩涂層的方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1：在合金粉中添加5％～20％的納米金剛石粉，將混合后的粉末置入酒精中通過超聲震動混合，然后將酒精蒸發；

步驟2：將待熔覆工件先置入真空艙內，通過鋪粉或者自動送粉將上步得到的混合粉末預置在待熔覆工件表面，用固體YAG脈沖激光直接進入或者通過轉折及光纖導入的方式在真空艙內進行熔覆，激光熔覆功率為150W～400W，脈沖頻率10～30Hz，脈寬3～8ms，真空艙內真空度不低于1×10^-3pa。

本發明采用激光熔覆制備納米金剛石減摩涂層的方法，其特點還在于，其中的將混合后的粉末置入酒精中通過超聲震動混合，超聲頻率為28/40KHz，混合時間為10分鐘。

本發明的有益效果是：

(1)采用超聲振動混合納米金剛石和金屬粉末，可以有效破解納米金剛石顆粒之間的分子結合鍵，得到均勻分布納米金剛石的混合粉末，有利于激光熔覆層的成分均勻性，減低熔覆層的裂紋敏感性；

(2)激光熔覆過程在真空中進行，采用的真空度大于1×10^-3pa，屬于高真空度，可以有效避免因氧化造成的金剛石材料損失；

(3)涂層與基體結合強度大于242Mpa，遠高于噴涂、真空熔燒等工藝手段制備的減摩涂層；

(4)熔覆層中含有大量納米級及亞納米級金剛石相，最高達17.16％，這些相的存在提高了涂層自潤滑性及耐磨性；

(5)組織致密無孔洞、裂紋等缺陷，致密性遠高于噴涂、真空熔燒等工藝手段制備的減摩涂層，真空熔燒及噴涂層的孔隙率≥3％。

附圖說明

圖1是采用本發明方法實施例1制備的納米金剛石減摩涂層中的金剛石相圖；

圖2是采用本發明方法實施例1制備的納米金剛石減摩涂層的相成分分析圖。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發明進行詳細說明。

本發明采用激光熔覆制備納米金剛石減摩涂層的方法，按照以下步驟進行實施：

步驟1：在Fe基、Ni基、Co基、Al基、鋯基、鈦基等合金粉中添加5％～20％的納米金剛石粉，將混合后的粉末置入酒精中，采用數字化超聲波發生器產生28/40KHz頻率的超聲進行超聲震動混合10分鐘；

步驟2：將待熔覆工件先置入真空艙內，通過鋪粉或者自動送粉將上步得到的混合粉末預置在待熔覆工件表面，用固體YAG脈沖激光直接進入或者通過轉折及光纖導入真空艙內進行熔覆，激光熔覆功率為150W～400W，脈沖頻率10～30Hz，脈寬3～8ms，真空艙內真空度大于1×10^-3pa。

實施例1

在鐵基合金粉中添加20％的納米金剛石粉，將混合后的粉末置入酒精中，采用數字化超聲波發生器產生28/40KHz頻率的超聲進行超聲震動混合10分鐘；然后將酒精蒸發，并經過球磨混合。將待熔覆工件先置入真空艙內，通過重力式送粉器將上步得到的混合粉末預置在待熔覆工件表面，用固體YAG脈沖激光通過光纖導入真空艙內進行熔覆，激光熔覆功率為400W，脈沖頻率10Hz，脈寬3ms，真空度大于1×10^-3Pa。得到的熔覆層厚度達到1.5mm，與GCr15對磨，其質量損失為GCr15的62％。

實施例2