[發明專利]專用于活塞表面激光熔覆的鈷基金屬陶瓷合金粉末

無效

• 申請號: 201310241738.2
• 申請日: 2013-06-18
• 公開（公告）號: CN103305834A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 柳岸敏;張翀昊;朱小虎;王小紅;肖彩梅;邵國峰
• 申請（專利權）人: 江蘇和昊激光科技有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C32/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種合金粉末，特別是指一種專用于活塞表面激光熔覆的鈷基金屬陶瓷合金粉末。

背景技術

激光具有高亮度、高方向性、高單色性、高相干性的特點，現在正被越來越多的領域所使用，激光熔覆就是表面處理技術中的一種。概括的說，激光熔覆的原理就是利用高能激光束照射金屬材料表面，基材表面被迅速融化，液態的金屬形成一個小規模的熔池，同時填注新的粉末材料，在這個熔池中，原本的金屬材料與被添加的粉末相互混合，形成一層新的液態金屬層。待激光光束經過以后，液態金屬層迅速冷卻由此在金屬表面形成一層固態的熔覆層。活塞在高溫、高壓、高速、潤滑不良的條件下工作，要有足夠的強度和剛度，質量要輕，以保證最小慣性力，耐高溫、耐高壓和耐腐蝕腐蝕。為此，設計者一直在尋找符合上述性能的金屬材料制作活塞，但是活塞的性能提高，相應的成本就顯著提高。對于激光熔覆工藝并未用到活塞的表面處理，其原因在于沒有專用于活塞激光熔覆的金屬粉末。如果用其他金屬粉末對活塞進行激光熔覆，金屬粉末與活塞基材之間的融合度差，熔覆層易出現裂紋、縮孔、氣孔等缺陷，熔覆后的活塞的性能并不能達到使用要求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種專用于活塞表面激光熔覆的鈷基金屬陶瓷合金粉末，該專用于活塞表面激光熔覆的鈷基金屬陶瓷合金粉末，能夠提高活塞表面金屬組織致密性，從而提高活塞的硬度、強度、耐熱性、耐腐蝕性。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：專用于活塞表面激光熔覆的鈷基金屬陶瓷合金粉末，按重量百分比計，包含10-11%碳化硅，0.1-0.3%碳，3-4%氟化鈣，4-6%氮化硅，4-5%硼，3-5%硅，1-1.3%釩，3-6%鐵，16-20%鉬，15-17%鉻，余量為鈷。

其中，專用于活塞表面激光熔覆的鈷基金屬陶瓷合金粉末優選的配比為：包含10%碳化鈣，0.1%碳，3%氟化鈣，4%氮化硅，4%硼，5%硅，1.3%釩，3%鐵，16%鉬，15%鉻，余量為鈷。

本發明中的鈷基金屬陶瓷合金粉末中各成分的作用如下：

碳化硅（SiC）：屬于金屬陶瓷粉末，作為強化微粒存在于熔覆層中，能夠極大的提高熔覆層硬度及強度，可以降低熔覆層開裂的敏感性。

碳（C）：屬于非金屬元素，碳含量越高，硬度就越高，耐磨性能就越好，屈服點和抗拉強度升高，但是其韌性、塑性、沖擊性和抗腐蝕性能會隨著碳含量的增加而降低，因此該金屬陶瓷合金粉末中碳含量的選擇確保活塞滿足耐磨性的同時，盡可能的兼顧韌性和抗腐蝕性。

氟化鈣(CaF₂)：作為添加材料，用于減少熔覆層凝固時的內應力，防止凝固后出現熱裂紋、縮孔、縮松等缺陷，提高金屬內部組織的致密性。

氮化硅(SiN₄)：作為除碳化硅（SiC）之外的第二種陶瓷顆粒存在，在熔覆過程中不熔化，但對激光的熱吸收率大，可加速分散熱量，并作為低硬度金屬元素與超高硬度陶瓷顆粒的緩和劑，增強抗蠕變性，抗氧化性，提高耐腐蝕性。

硼（B）：具有晶界強化作用，可以提高熔覆層的硬度，強度，能提高鋼的淬透性，促使鋼的正火態組織由珠光體向貝氏體轉變。

釩（V）：具有細晶強化、提高回火抗力和材料的淬透性的作用，也能和碳形成碳化物。

硅（Si）：在自熔性粉末中起自造渣及保護作用，可以與進入熔池的氧元素優先形成硅酸鹽，覆蓋于熔池表面，防止液態金屬過渡氧化，提高液態金屬的潤濕能力。對鐵素體有較大的固熔強化作用，硅能細化珠光體組織，但是，過高的Si對鋼的焊接性不利。

鐵（Fe）：與活塞基體的材料相同，增加液態金屬與基體的親和性，提高熔覆層冶金結合的強度，使該金屬陶瓷合金粉末在與活塞表面充分均勻融合。

鉬（Mo）：作為一種稀土元素添加劑，促進晶粒細化，提高熔覆層的組織均勻性，從而改善熔覆層的磨損性能。

鉻（Cr）：具有較強的固溶強化能力，提高熔覆層的強度，能夠強烈提高鋼的淬透性，并且具有優良的抗腐蝕性。增加鋼的機械性能和耐磨性，可增大鋼的淬火度和淬火后的變形能力。同時又可增加鋼的硬度、彈性、抗磁力和抗強力，增加鋼的耐蝕性和耐熱性等。

鈷（Co）：作為金屬陶瓷基材，熔覆時徹底熔融，與熔融狀態的基材一同形成激光熔池，以供其他元素或化合物在熔池中均勻分布后凝固成熔覆層，增加熔覆層硬度。