[發明專利]專用于連續波光纖激光熔覆的金屬陶瓷合金粉末

無效

• 申請號: 201310589799.8
• 申請日: 2013-11-20
• 公開（公告）號: CN103602979A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 浦曉峰
• 申請（專利權）人: 浦曉峰
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C32/00
• 代理公司: 張家港市高松專利事務所(普通合伙) 32209
• 代理人: 金星

技術領域

本發明涉及一種合金粉末，特別是指一種專用于連續波光纖激光熔覆的金屬陶瓷合金粉末。

背景技術

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。隨著激光器功率和穩定性的不斷提高，得到了迅速推廣和應用。激光熔覆技術可廣泛應用于航空、國防、石油化工、冶金、醫療器械等各個領域。

然而，目前國內市場上幾乎沒有連續光纖激光熔覆專用的金屬陶瓷合金粉末，通常所使用的合金粉末大多為熱噴涂所用自熔合金粉末。由于兩種技術的傳熱方式、工藝條件等的不同，熱噴涂所用自熔合金粉末直接用于連續光纖激光熔覆后，激光吸收率較低，一般在30-40%左右。而且熔覆層容易出現裂紋、縮松、縮孔、氣孔等缺陷。因此，有必要研制出一種專門用于連續光纖激光熔覆的金屬合金粉末。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種專用于連續波光纖激光熔覆的金屬陶瓷合金粉末，該金屬陶瓷合金粉末，專用于高能連續光釬激光器的熔覆過程，激光的吸收利用率明顯提高，形成的熔覆層具有高硬度、高韌性、高耐腐蝕性。且熔覆層組織致密，無氣孔、裂紋、縮孔等缺陷。同時能有效控制稀釋率.工藝簡單方便，無需熔覆前后熱處理。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種專用于連續波光纖激光熔覆的金屬陶瓷合金粉末，按重量百分比計，含有11-13%碳化鈦，2-4%氧化鑭，5-8%氧化鋁，2-4%氮化硅。4-7%硅，15-18%鉬，3-5%硼，0.1-0.2%碳，余量為鎳。

專用于連續波光纖激光熔覆的金屬陶瓷合金粉末的優選配比為，含有：12%碳化鈦，2%氧化鑭，6%氧化鋁，4%氮化硅。5%硅，16%鉬，3%硼，0.1%碳，余量為鎳和不可避免的雜質。

本發明所述的金屬陶瓷合金粉末中各成分的作用分別如下：

鎳（Ni）：作為金屬陶瓷基材，熔覆時徹底熔融，與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，通過增加熔覆層中的殘余奧氏體，提高熔覆層的塑性和韌性，降低熔覆層的熱膨脹系數，減少殘余應力，消除應力集中，從而消除裂紋與縮松。

碳化鈦（TiC）：在激光熔覆過程中不熔化，激光熔覆時金屬陶瓷合金粉末從打印頭均勻噴出，TiC均勻分布在熔池中，作為強化微粒存在于熔覆層中，極大地增強了熔覆層的硬度和強度。

氧化鑭（La₂O₃）:提高因溫度變化的穩定性和壽命，細化晶粒、生成的組織致密均勻，利于釋放氣泡，減少氣孔。

氧化鋁（Al₂O₃）：線膨脹系數較低，可降低粉末的熱脹系數，降低開裂敏感性，提高激光的吸收率。

氮化硅(SiN₄)：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，增強抗蠕變性，抗氧化性，提高耐腐蝕性，同時氮化硅還可以控制稀釋率。

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。

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，從而改善熔覆層的摩擦磨損性能。

硼（B）元素：在合金粉末中起自行脫氧和造渣的作用，可以與進入熔池的氧元素優先形成硼酸鹽，覆蓋于熔池表面，防止液態金屬過度氧化，還能降低合金的熔點，改善熔體對基體金屬的潤濕能力，對合金的流動性及表面張力產生有利的影響。

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C含量的選擇確保車刀滿足耐磨性的同時，盡可能的兼顧韌性和抗腐蝕性，此外該C含量能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。