[發(fā)明專(zhuān)利]一種含有球形碳化鎢復(fù)合涂層的激光熔覆方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010157959.8
• 申請(qǐng)日: 2010-04-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101818343A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳興馳;李福海;馬文有;佟鑫;黃科
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣州有色金屬研究院
• 主分類(lèi)號(hào): C23C24/10
• 分類(lèi)號(hào): C23C24/10
• 代理公司: 廣東世紀(jì)專(zhuān)利事務(wù)所 44216
• 代理人: 千知化

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在金屬表面激光熔覆的方法，特別一種在粉末中加入球形鑄造碳化鎢顆粒的激光熔覆方法。

背景技術(shù)

磨損是機(jī)械零件失效的主要形式(磨損、腐蝕和疲勞)之一。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，能源的1/3～1/2消耗于摩擦與磨損，對(duì)材料來(lái)說(shuō)，約80％的零件失效是磨損引起的。

硬面材料作為表面工程材料，通過(guò)采用激光、火焰、等離子等方法，將硬面材料熔覆在工件表面，能顯著提高工件的抗磨損、抗腐蝕和抗氧化性能，延長(zhǎng)工件使用壽命。激光能量密度高、功率可控性好、快速加熱和冷卻等特點(diǎn)，使得激光表面改性或熔覆具有獨(dú)特的精密性和局部加熱作用，從而被看作是工件表面層處理的理想手段。

為了提高表面的耐磨性能，常采用加入碳化鎢耐磨相。常用的碳化鎢顆粒往往是破碎型的細(xì)小顆粒，顆粒形貌極不規(guī)則，當(dāng)激光熔覆此類(lèi)材料時(shí)，由于碳化鎢顆粒分解，導(dǎo)致熔敷層韌性差、容易開(kāi)裂、并形成裂紋，不能有效提高耐磨性。

中國(guó)專(zhuān)利92108749.7提出了粗顆粒碳化鎢金屬陶瓷激光熔覆的方法，它是將粒度為0.5～1.2mm的燒結(jié)碳化鎢顆粒作為硬質(zhì)相，Ni基、Fe基或Co基自熔合金作為粘結(jié)相，其中碳化鎢含量不少于50％，利用大功率CO₂激光器作為熱源。粗顆粒碳化鎢與自熔合金混合后，用有機(jī)粘結(jié)劑預(yù)置于工件表面，或先壓制成各種規(guī)格尺寸的薄片預(yù)置于工件表面或直接作成實(shí)體焊條。

中國(guó)專(zhuān)利200710069010.0提出了在金屬表面上利用激光熔覆高硬度碳化鎢涂層的方法，它是將介孔結(jié)構(gòu)空心球狀碳化鎢粉末與碳素墨水吸光劑均勻混合，預(yù)置于金屬基體表面，用適合的激光工藝參數(shù)進(jìn)行激光熔覆到達(dá)表面硬化的效果。該法要求碳化鎢粉末粒度為0.1～20μm，碳化鎢粉末與吸光劑按照5～30∶1的比例混合，預(yù)置涂層厚度為0.2～0.8mm，需要?dú)怏w保護(hù)。

上述專(zhuān)利激光熔覆方法可以在金屬表面獲得碳化鎢金屬陶瓷耐磨層，但是在熔覆過(guò)程中，由于材料的加熱與冷卻都非常迅速，粘結(jié)劑或者碳素墨水很容易殘留在熔覆層，使得熔覆層易出現(xiàn)氣孔，甚至裂紋，直接影響到熔覆層的質(zhì)量和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種采用球形鑄造碳化鎢顆粒進(jìn)行激光熔覆的方法，碳化鎢復(fù)合涂層的球形形貌沒(méi)有改變，熔覆層耐磨性好，無(wú)裂紋、氣孔等缺陷，生產(chǎn)工序簡(jiǎn)單，效率高。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案步驟如下：①將待熔覆金屬用丙酮擦拭除油后，噴砂粗化，粗糙度控制在Ra2～4μm；②在金屬表面上均勻預(yù)置厚度為0.5～2.0mm的粒度都為+50～-150μm的球形碳化鎢含量5～50％和鐵或鎳基自熔合金含量50～95％的球形碳化鎢復(fù)合粉末；③用CO₂激光器功率為2000～7000W，激光束寬度為1～10mm，激光熔覆速度為100～1000mm/min，搭接率為20～50％，進(jìn)行激光熔覆。

上述鐵基自熔合金為市售的Fe30、Fe50、Fe55等牌號(hào)；鎳基自熔合金為市售Ni25、Ni35、Ni45、Ni55等牌號(hào)。

由金相圖1、2、3、4可以看出：添加球形鑄造碳化鎢顆粒后，熔覆層與基體為冶金結(jié)合，熔覆層無(wú)氣孔、無(wú)裂紋等缺陷，碳化鎢顆粒仍保持球形狀態(tài)，熔覆層組織為細(xì)小柱狀枝晶組織。本發(fā)明還通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)檢驗(yàn)添加球形鑄造碳化鎢顆粒的熔覆層與未添加碳化鎢顆粒的熔覆層的耐磨性情況，由表1硬度與摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果表明：球形碳化鎢的添加，對(duì)鐵基自熔合金熔覆層硬度變化不大，但是球形碳化鎢復(fù)合涂層耐磨性能卻有很大的提高，其中鐵基+10％球形碳化鎢熔覆層比鐵基熔覆層提高了0.9倍，鐵基+25％球形碳化鎢熔覆層比鐵基熔覆層提高了1.1倍，鎳基+30％球形碳化鎢熔覆層比鎳基熔覆層提高了1.9倍，鎳基+30％球形碳化鎢熔覆層比鎳基熔覆層提高了2.3倍。

本發(fā)明不使用有機(jī)粘結(jié)劑或者碳素墨水吸光劑等輔助材料，按照應(yīng)用要求直接將球形鑄造碳化鎢顆粒添加到自熔合金，然后充分混合，工藝可行性好，可控性靈活。

本發(fā)明所使用的球形鑄造碳化鎢的化學(xué)性能穩(wěn)定，流動(dòng)性能好，內(nèi)部組織為細(xì)等軸樹(shù)枝狀，結(jié)構(gòu)均勻致密，比常規(guī)鑄造碳化鎢具有更好的韌性。采用激光熔覆的工藝將含有球形碳化鎢的鐵基或鎳基粉末制成熔覆層的方法能夠減少碳化鎢顆粒的分解，因此能最大限度保證碳化鎢顆粒的耐磨性能和防止碳化鎢顆粒的過(guò)度熔解而導(dǎo)致的涂層開(kāi)裂。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1的激光熔覆鐵基自熔合金+10％碳化鎢的金相圖；

圖2為實(shí)施例2的激光熔覆鐵基自熔合金+25％碳化鎢的金相圖；

圖3為實(shí)施例3的激光熔覆鎳基自熔合金+30％碳化鎢的金相圖；