[發明專利]一種鐵基合金激光熔覆粉末的制造及其使用方法

有效

• 申請號: 201310033870.4
• 申請日: 2013-01-29
• 公開（公告）號: CN103056355A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 林成新;劉志杰;徐鵬;周超玉
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;C23C24/10
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

技術領域

本發明專利涉及激光熔覆技術，特別是一種鐵基合金激光熔覆粉末的制造及其使用方法。

背景技術

激光熔覆是指通過不同的添料方式將所選擇的涂層材料放置在被涂覆基體表面，經高能密度激光束輻照，使之與基體表面薄層同時熔化，并快速凝固形成稀釋率極低，且與基體材料呈冶金結合的表面涂層，從而顯著改善金屬表面性能的工藝方法。目前利用工業上常用的鐵基合金熔覆粉末所得的激光熔覆層能夠具有較高的硬度、耐磨性，然而在快速融化和凝固過程中，熔覆層由于熱收縮的原因會產生殘余拉伸應力，使熔覆層疲勞強度下降，甚至產生微觀及宏觀裂紋。目前降低熔覆層殘余應力的主要方法有減小溫度梯度、在熔覆材料中加入增塑、增韌元素、超聲波振動等，但這些方法均需要增加額外工序，大大增加了成本，而且這些方法也不能完全阻止裂紋的產生，缺乏相應的理論突破。

發明內容

為解決現有技術存在的上述問題，本發明目的在于提供一種不需增加額外工序即可有效消除熔覆層殘余應力并提高熔覆層疲勞強度的鐵基合金激光熔覆粉末及其使用方法。

為了實現上述目的，本發明的技術方案包括一種鐵基合金激光熔覆粉末的設計制造方法和一種鐵基合金激光熔覆粉末使用方法。

一種激光熔覆粉末的設計制造方法，包括以下步驟：

A、配制粉末

鐵基激光熔覆粉末配方是以構建激光熔覆層為Fe-Mn-Si記憶合金成分組成的方法配制的，即按以下質量百分比配制鐵基合金激光熔覆粉末：

Mn粉：15%～25%；

Si粉：2%～10%；

Cr粉：1%～13%;

Ni粉：1%～12%；

V粉：0～2%；

Nb粉：0～2%；

Ti粉：0～2%；

Zr粉：0～2%；

稀土：0～3%；

石英：0～5%；

木粉：0～3%；

淀粉：0～5%；

其余為純鐵Fe粉末或含Ｃ0.1%～0.4%低碳鋼粉末；

上述粉末的純度均為分析純；

B、粉末混合

將上述粉末稱量后倒入球磨機中干磨2～8h，使混合粉末的目粒度控制在120～320目之間。

一種鐵基合金激光熔覆粉末的使用方法，包括以下步驟：

A、在熔覆前對熔覆粉末進行溫度為150℃、時間為2h的真空干燥處理；

B、用水玻璃作為粘結劑將熔覆粉末預置于基材上，預置厚度控制在1～2mm；

C、用激光功率為1.5～3kW、掃描速度為400～1000mm/min、光斑直徑為3mm的激光進行熔覆。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1、本發明鐵基激光熔覆材料利用Fe-Mn-Si記憶合金激光熔覆層的應力誘發馬氏體相變及其變形協調來消除熔覆層殘余應力和提高熔覆層疲勞強度，不需增加額外工序即可有效消除熔覆層殘余應力并有效的提高熔覆層疲勞強度。

2、本發明的鐵基合金激光熔覆粉末制備工藝簡單，適于批量工業化生產。

3、本發明的鐵基合金激光熔覆粉末所得到的熔覆層表面平整、光亮，無孔洞、裂紋等缺陷，熔覆層綜合力學性能優異，尤其是具有耐磨性好、殘余應力低、疲勞強度高的特點。

附圖說明

本發明共有附圖4張，其中：

圖1是在50kg壓力下Fe-17Mn-5Si-10Cr-4Ni合金油磨585min后的磨痕圖。

圖2是1Cr18Ni9Ti不銹鋼油磨15min后的磨痕圖。

圖3是本發明熔覆層的金相圖。

圖4是本發明熔覆層的X射線衍射譜。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明及有益效果進行進一步地描述。由于本發明采用Fe-Mn-Si記憶合金粉末作為激光熔覆粉末，Fe-Mn-Si記憶合金熔覆層降低焊縫殘余應力的機理是熔覆層的殘余拉伸應力可使合金誘發γ→ε馬氏體相變，其相變變形（膨脹）將松弛熔覆層的殘余拉伸應力，使其降低到屈服強度之下（因為誘發相變驅動力低于屈服強度）；Fe-Mn-Si記憶合金熔覆層提高熔覆層疲勞強度的方法是基于其“應力自適應特性”，即合金受到外界應力作用時，可通過應力誘發ε馬氏體正逆相變及其貢獻的相變變形來適應外界宏觀應力和變形的變化。Fe-Mn-Si記憶合金的應力“自適應特性”可以大大改善其力學性能。主要表現在如下兩個方面：

1、優良的應變疲勞強度