[發(fā)明專利]一種發(fā)動機進、排氣門用激光熔覆涂層材料及其涂層

有效

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• 申請日: 2010-04-19
• 公開（公告）號: CN101838807A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發(fā)明（設計）人: 邢蕊蕊;曾紹連;金建偉;劉強;馬芳武;李書福;楊健;趙福全
• 申請（專利權）人: 浙江吉利汽車研究院有限公司;浙江吉利控股集團有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 臺州市方圓專利事務所 33107
• 代理人: 張智平;張向飛

技術領域

本發(fā)明涉及一種涂層材料及其涂層，尤其涉及一種發(fā)動機進、排氣門用激光熔覆涂層材料及其涂層，屬于材料技術領域。

背景技術

激光熔覆亦稱激光包覆或激光熔敷，是一種新的表面改性技術。涉及到光、機、電、材料、檢測與控制等多門學科，是激光先進制造技術最重要的核心技術之一。由于該技術制備的熔覆層可以顯著改善基體表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗高溫氧化和抗疲勞等綜合性能，從而達到表面改性或修復的目的，既滿足了對材料表面特定性能的要求，又節(jié)約了大量的貴重元素。與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結合好、適合熔覆材料多等優(yōu)點。

激光熔覆在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料經(jīng)激光幅照使之和基體表面一薄層同時熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低，與基體成冶金結合的表面涂層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法，從而達到表面改性或修復的目的，既滿足了對材料表面特定性能的要求，又節(jié)約了大量的貴重元素。

激光熔覆與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點，因此激光熔覆技術應用前景十分廣闊。

由于激光熔覆是一種新型的覆層技術，號稱汽車心臟的發(fā)動機，多數(shù)零部件表面要求耐高溫、耐磨損、耐腐蝕性，采用激光熔覆在發(fā)動機進、排氣門上可形成具有優(yōu)良的耐磨、耐熱性合金涂層。但是目前應用廣泛的激光熔覆材料(如：鎳基、鈷基、鐵基合金、碳化鎢復合材料等)都不能滿足發(fā)動機進、排氣門耐高溫的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的激光熔覆材料所存在的缺陷，提供一種不僅表面硬度高，耐磨性強，而且具有耐高溫作用的發(fā)動機進、排氣門用激光熔覆涂層材料。

本發(fā)明的目的可通過下列技術方案來實現(xiàn)：一種發(fā)動機的進、排氣門用激光熔覆涂層材料，該材料由以下質量百分比的化學成分組成：

Ni：15～30％；C：0.5～2.0％；Si：2.5～4.0％；Fe：5～15％；W：3.5～6.5％；Cr：12～20％；納米Al：0.15～0.40％；Y₂O₃：0.5～2.0％；余量為Co。

本發(fā)明與現(xiàn)有堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積等涂層技術不同，它采用激光熔覆技術在發(fā)動機進、排氣門基體表面制備陶瓷顆粒增強涂層，在上述材料中采用的納米Al的粒徑是10-100nm。本發(fā)明的材料快速熔化后凝固在發(fā)動機進、排氣門表面形成特定陶瓷顆粒增強復合涂層，在金相顯微鏡下觀察，涂層的典型組織為細小的陶瓷相亞共晶介穩(wěn)組織，陶瓷相顆?！?.8μm，細小彌散的陶瓷相顆粒使得發(fā)動機進、排氣門能夠始于高溫環(huán)境。

在上述的發(fā)動機的進、排氣門用激光熔覆涂層材料，作為優(yōu)選，該材料由以下質量百分比的化學成分組成：

Ni：18～25％；C：0.9～1.6％；Si：2.7～3.4％；Fe：8～11％；W：4.5～5.5％；Cr：13～18％；納米Al：0.17～0.37％；Y₂O₃：0.6～1.2％；余量為Co。

進一步的優(yōu)選，該材料由以下質量百分比的化學成分組成：

Ni：18～25％；C：1.2～1.5％；Si：3.0～3.2％；Fe：9～10％；W：4.8～5.2％；Cr：14～16％；納米Al：0.25～0.35％；Y₂O₃：0.8～1.0％；余量為Co。

此外本發(fā)明的另一個目的在于提供一種發(fā)動機的進、排氣門用陶瓷相顆粒增強鈷基涂層，該涂層在發(fā)動機的進、排氣門基體上采用預置式激光熔覆或同步式激光熔覆上述的材料制成。

激光熔覆按熔覆材料的供給方式大概可分為兩大類，即預置式激光熔覆和同步式激光熔覆。其中預置式激光熔覆如圖1所示，同步式激光熔覆如圖2所示。

預置式激光熔覆是將本發(fā)明的激光熔覆涂層材料事先置于基體表面的熔覆部位，然后采用激光束輻照掃描熔化，熔覆材料以粉末形式加入。

同步式激光熔覆則是將激光熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同時完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入。

其中預置式激光熔覆的主要工藝流程為：基材熔覆表面預處理---預置熔覆材料---預熱---激光熔化---后熱處理。同步式激光熔覆的主要工藝流程為：基材熔覆表面預處理---送料激光熔化---后熱處理。本發(fā)明采用的激光器為現(xiàn)有普通的CO₂激光器，固體激光器。