[發(fā)明專利]納米碳包碳化鈦增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層材料及其激光熔覆工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210495061.0
• 申請(qǐng)日: 2012-11-27
• 公開（公告）號(hào): CN102978444A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王存山;柴龍順;董星龍;黃昊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C19/03
• 分類號(hào): C22C19/03;C22C32/00;C23C30/00;C23C24/10
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 關(guān)慧貞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域。是提供一種碳包碳化鈦增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層材料及其激光熔覆工藝。

背景技術(shù)

激光熔覆是以不同的填料方式，在被熔覆基材表面上放置被選擇的涂層材料，經(jīng)激光輻照使之與基材表面一薄層同時(shí)熔化，并快速凝固后形成稀釋率極低，與基材呈冶金結(jié)合的表面涂層，從而顯著提高基材表面性能的工藝方法。

鎳基自熔性合金具有良好耐蝕性、抗氧化性和潤(rùn)濕性，是目前激光熔覆普遍采用的一類涂層材料體系。為了滿足劇烈摩擦磨損工況條件下工件使用性能的要求，通常是增加鎳基自熔性合金中碳和硅的含量，以增加其耐磨性能，但這勢(shì)必會(huì)增大涂層的開裂傾向。如果在鎳基自熔性合金中引入納米碳包碳化鈦顆粒，構(gòu)成所謂的納米增強(qiáng)復(fù)合材料，則因納米顆粒對(duì)基質(zhì)相生長(zhǎng)的控制作用，納米顆粒與位錯(cuò)的相互作用，以及納米顆粒周圍特殊的應(yīng)力場(chǎng)分布，可極大改善鎳基自熔性合金的韌性。同時(shí)，納米碳包碳化鈦?zhàn)鳛橐环N包覆材料，其不僅具有核心碳化鈦高的硬度和強(qiáng)度，而且因碳包覆層特殊的六邊形薄層結(jié)構(gòu)及薄層間微弱的范德華力，使其層間具有低的剪切強(qiáng)度，在受到摩擦擠壓和熱的作用下易在摩擦界面轉(zhuǎn)移形成潤(rùn)滑轉(zhuǎn)移膜，而展示出良好的自潤(rùn)滑特性，且碳對(duì)激光束高的吸收率，可降低激光熔覆過程中的能量密度，減少核心納米碳化鈦顆粒的燒蝕。從而全面提升鎳基自熔性合金的摩擦磨損性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種納米碳包碳化鈦增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層材料體系及相應(yīng)的激光熔覆工藝。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種納米碳包碳化鈦增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層材料，以鎳基自熔性合金為基質(zhì)材料；以尺寸范圍為100-500nm的碳包碳化鈦為增強(qiáng)相，其添加的體積百分比為0.5-20%。

根據(jù)構(gòu)件的工況需要，在鎳基自熔性合金粉體中加入一定化學(xué)計(jì)量比的納米碳包碳化鈦。復(fù)合粉體經(jīng)充分混合后，在惰性氣體保護(hù)下，采用預(yù)置法進(jìn)行激光熔覆，以此獲得納米碳包碳化鈦增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層。具體方法操作步驟如下：

（1）根據(jù)構(gòu)件的性能要求，在鎳基自熔性合金中加入一定比例的納米碳包碳化鈦粉體；

（2）采用研磨法，將配制好的復(fù)合粉體進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間濕混，以使其均勻混合；

（3）采用預(yù)置法，在鋼和合金基體上利用連續(xù)CO₂激光器進(jìn)行激光熔覆。

其中：

步驟（1）中所述自熔性合金為Ni_65.83Cr₁₅B_3.0Si_3.5C_0.7Fe₁₂鎳基合金，其粉體的粒度范圍介入30~180μm范圍內(nèi)；碳包碳化鈦尺寸分布在100-500nm之間，加入量為0.5-20?vol.%；

步驟（2）中所述的研磨法中濕混介質(zhì)為無水酒精溶液；

步驟（3）中所述的惰性氣體為氬氣或氦氣；

步驟（3）中所述的預(yù)置涂層厚度為0.2-1.0mm；

步驟（3）中所述激光工藝參數(shù)為：激光功率2.5-4.5KW，掃描速度2.0-6.0mm/s，光斑直徑2.0-6.0mm，搭接率10-40%。

本發(fā)明的有益效果是，碳包碳化鈦增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層組織均勻致密，耐蝕性能和摩擦磨損性能優(yōu)異，可滿足碳鋼、合金鋼構(gòu)件在腐蝕環(huán)境和劇烈摩擦磨損服役條件下使用性能要求，且涂層制備過程規(guī)模化和自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)柔性加工。

附圖說明

圖1是實(shí)施例納米碳包碳化鈦增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層的XRD圖譜。

圖2是實(shí)施例納米碳包碳化鈦增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層的SEM形貌。

圖中：a??0.0?wt.%TiC/C?;??b??0.5?wt.%TiC/C;??c??1.5?wt.%TiC/C;

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圖3是實(shí)施例納米碳包碳化鈦增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層中碳包碳化鈦納米顆粒分布。

圖4?是實(shí)施例納米碳包碳化鈦增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層的顯微硬度。

圖5是實(shí)例納米碳包碳化鈦增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層的摩擦系數(shù)。

圖6是實(shí)例納米碳包碳化鈦增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層的耐磨性能。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步說明。