[發明專利]一種激光熔覆TiB2 -Ni基金屬陶瓷涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201310392933.5
• 申請日: 2013-09-02
• 公開（公告）號: CN103451648A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 于慧君;陳傳忠;賀挺
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C09D5/03;C09D1/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 楊琪

技術領域

本發明涉及一種激光熔覆金屬陶瓷復合涂層及其制備方法，屬于復合材料技術領域。?

背景技術

激光熔覆是指在基材表面以不同的填料方式預置熔覆材料，利用高能密度的激光束使之與基體表面薄層一起熔凝，在基材表面形成稀釋度極低、與基體材料成冶金結合的熔覆層，從而顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性等性能的工藝方法。激光熔覆與激光表面合金化不同，激光表面合金化是使添加的合金元素和基材表層在液態下充分混合而形成合金化層；而激光熔覆則是使預涂層全部熔化而基體表層微熔，從而使熔覆層與基體材料形成冶金結合而保持熔覆層的成分基本不變。因此，激光熔覆可以少受基體材料的限制，直接根據使用要求設計熔覆層的組成，以獲得彌補基體性能不足的優異的表面改性涂層。與堆焊、熱噴涂和等離子噴焊等其他表面改性技術相比，激光熔覆技術具有以下優點：(1)通過激光熔覆參數的合理選擇和涂層粉末成分的合理設計，可以保證所設計的涂層性能，獲得組織細小致密且與基體呈現冶金結合的熔覆層；(2)凝固時冷卻速度快(高達10⁶℃/s)，可通過非穩相形成、晶粒細化、超硬彌散相析出等來改善涂層組織結構和性能，具有快速凝固組織特征；(3)熱影響區淺，畸變小，涂層稀釋度低；(4)能進行選區熔覆，材料消耗少；(5)涂層成分、厚度可控，工藝過程易于實現自動化。?

目前，激光熔覆所采用的熔覆材料主要有自熔性合金材料、復合材料和陶瓷材料等。這些材料具有優異的耐磨和耐蝕等性能，通常以粉末的形式使用。采用同步送粉法時，還需考慮合金粉末粒度分布，顆粒過細，粉末易于結團，過粗則容易堵塞送料噴嘴。自熔性合金粉末和復合粉末是當前最適于激光熔覆的材料，與各種碳鋼、不銹鋼、工具鋼、鑄鐵、鋁合金、銅合金、鈦合金等基體材料具有良好的潤濕性，易獲得稀釋度低、且與基體呈冶金結合的致密涂層，從而提高工件表面的耐磨、耐蝕及耐熱性能。在滑動、沖擊磨損和磨粒磨損嚴重的條件下，單純的Ni基、Co基、Fe基自熔性合金已不能勝任使用要求，此時可在上述的自熔性合金粉末中加入各種高熔點的碳化物、氮化物、硼化物和氧化物陶瓷顆粒，制成了金屬陶瓷復合涂層。其中，碳化物(WC、TiC、SiC等)和氧化物(ZrO₂、Al₂O₃等)研究和應用最多。陶瓷材料在金屬熔體中的行為特征有：完全溶解、部分溶解、微量溶解。其溶解程度主要受陶瓷種類、基體類型控制，其次是激光熔覆工藝條件。一般來說，在激光熔覆過程中熔池在高溫存在的時間極短，陶瓷顆粒來不及完全熔化，熔覆層由面心立方的γ相(Fe、Ni、Co)、未熔陶瓷相顆粒和析出相(如M₇C₃、M₂₃C₆等)組成。涂層中存在細晶強化、硬質顆粒彌散強化、固溶?強化和位錯堆積強化等強化機制。?

發明內容

本發明的目的是提供一種激光熔覆TiB₂-Ni基金屬陶瓷涂層。?

本發明的另一目的是提供該種激光熔覆TiB₂-Ni基金屬陶瓷涂層的制備方法。?

本發明解決技術問題所采取的技術方案為：?

一種激光熔覆TiB₂-Ni基金屬陶瓷涂層，它以鋼為基體材料，將熔覆材料激光熔覆制得，所用的熔覆材料體積（體積是由其粉末質量除以其密度的計算方式得到）百分比組成為Ni35合金粉末20%～80%、大顆粒TiB₂80%～20%。?

優選組成為Ni35合金粉末30%～70%、大顆粒TiB₂70%～30%。?

所述的大顆粒TiB₂粒度為74μm～178μm。Ni35鎳基合金粉末粒徑37μm～89μm。?

所述的激光熔覆TiB₂-Ni基金屬陶瓷涂層的制備方法，包括以下步驟：?

1)將熔覆材料混合均勻，用水玻璃稀釋溶液將混合粉末調成糊狀均勻涂覆于清理后的基體試樣表面，控制其厚度為1.2～1.5mm，晾干；?

2)用連續激光器對步驟1)晾干的試樣涂覆層進行熔覆，連續激光器用的功率為2～5kW，掃描速度為5～20mm/s，光斑直徑為4mm，并側吹氬氣保護。?

上述步驟1)中水玻璃稀釋溶液中水玻璃與水體積比=1:3，每克熔覆材料用水玻璃稀釋溶液5-10滴。?

所述的連續激光器優選用的功率為3kW，掃描速度為5mm/s，光斑直徑為4mm。?