[發(fā)明專利]激光熔覆原位合成陶瓷相增強Fe基熔覆層及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310218338.X
• 申請日: 2013-06-04
• 公開（公告）號: CN103290406A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 喬虹;李慶棠;符寒光;蔣業(yè)華;雷永平;劉洪喜
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光熔覆技術(shù)，具體涉及激光熔覆原位合成陶瓷相增強Fe基熔覆層及其制備方法。

背景技術(shù)

由于激光特有的優(yōu)良屬性，自20世紀中期激光器研制成功以來已被廣泛應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)研究和工業(yè)生產(chǎn)。激光表面改性是激光在表面技術(shù)領(lǐng)域中新的應(yīng)用。根據(jù)采用不同的激光能量密度和不同的處理方式，激光表面技術(shù)中比較典型的方法有激光熔覆、激光相變硬化、激光沖擊強化、激光表面合金化等。這些方法的目的都是為了使工作面獲得基材無法達到或代價太大的高硬度、高耐磨性及高耐腐蝕等性能。從而達到既節(jié)約了成本又滿足工作目的的要求。

激光熔覆是一種新興表面改性技術(shù)，它通過發(fā)生在基體表面的快速熔凝過程提高材料的表面性能。激光熔覆具備諸多優(yōu)勢，如：基體和熔覆層結(jié)合強度高；基體受到的熱影響較小，不易變形等。通過激光熔覆不同材料，可以提高材料表面的耐磨、耐腐蝕、耐高溫抗氧化等性能，同時降低貴重金屬的消耗。因此在材料表面改性方面具有廣闊應(yīng)用前景。

陶瓷具有高熔點、高硬度、熱穩(wěn)定性好等特點，常作為增強相用于制備激光熔覆鐵基復(fù)合材料。然而，目前的涂層總是由一些常規(guī)合金粉末或加入陶瓷相組成，在熔覆時仍存在裂紋、氣孔等缺陷，或存在與基體潤濕性差等問題，應(yīng)用時出現(xiàn)力學(xué)性能不均勻、易剝落等現(xiàn)象。因此，找到合適的激光熔覆粉末與工藝具有重要的意義。引入陶瓷增強相的方法通常有兩種，即外加法和原位自生法。原位自生的陶瓷增強相顆粒較為細小，與基體界面結(jié)合較好，裂紋傾向減小，是近年來發(fā)展較快的金屬基復(fù)合材料制備方法。

近年來，對于在高鉻鑄鐵基礎(chǔ)上發(fā)展起來的以M₂B共晶硼化物為耐磨骨架的新型Fe-Cr-B耐磨合金的研究越來越多。該體系合金在耐磨和耐熱沖擊性方面都有較高的性能。Cr12MoV是一種應(yīng)用廣泛的汽車模具鋼，通過在Fe-Cr-B合金粉末基礎(chǔ)上添加新的粉末材料在基體表面進行激光熔覆，原位反應(yīng)生成陶瓷硬質(zhì)相，有望達到提高模具鋼表面硬度，并延長模具壽命的目的。因此，開發(fā)合適的激光熔覆粉末與工藝具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對現(xiàn)有激光熔覆表面強化存在的缺點，提出一種激光熔覆原位合成陶瓷相增強Fe基熔覆層及其制備方法，來解決汽車模具鋼表面強化問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種激光熔覆原位合成陶瓷相增強Fe基熔覆層的制備方法，該方法是按照以下步驟進行的：

（1）基體預(yù)處理

對加工好的模具鋼基體工作表面除油、除銹，用砂紙打磨，得到平整光潔的表面；

（2）激光熔覆

采用同步送粉激光熔覆的方式，將合金粉按照比例配比后進行充分混合并干燥后作為熔覆材料，在氬氣保護下，調(diào)節(jié)激光熔覆工藝參數(shù)，熔覆材料在激光能量照射下原位反應(yīng)生成陶瓷硬質(zhì)相。

作為對本發(fā)明的限定，本發(fā)明所述的步驟（2）的合金粉材料成分為硼鐵粉、硅鐵粉、鉻鐵粉、鐵粉、含Ti29‐31wt%的鈦鐵粉和B₄C粉，其中所述的硼鐵粉、硅鐵粉、鉻鐵粉和鐵粉總的物質(zhì)中的元素占四種合金粉材料總重量的百分比為：B1.2‐1.5%、Si1.1‐1.2%、Cr10.7‐11.3%、C0.08‐0.15%，余量Fe，而含Ti29‐31wt%的鈦鐵粉和B₄C粉占所有合金粉材料總重量的百分比分別為：鈦鐵粉22.5‐26.1%、B₄C粉2.2‐2.5%。

合金粉末粒度為80‐120目；原位形成的陶瓷相分布均勻，熔覆層組織致密，無氣孔裂紋，熔覆涂層與基體呈現(xiàn)良好冶金結(jié)合。