[發(fā)明專利]一種用于制備鎳基非晶復(fù)合涂層的合金粉末及其制備方法

有效

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• 申請日: 2014-05-05
• 公開（公告）號: CN103993201A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李瑞峰;金亞娟;祁凱;劉彬
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: C22C19/03
• 分類號: C22C19/03;C22C30/00;B22F1/00;B22F9/08;C23C24/10
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料表面涂層技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于金屬材料表面涂層的材料及制備方法，更具體是涉及一種用于制備NbC顆粒增強鎳基非晶復(fù)合涂層的合金粉末及其制備方法。

背景技術(shù)

激光非晶化技術(shù)是用連續(xù)激光對待加工零部件表面進行均勻掃描，使零部件表面形成一定厚度的非晶組織，可大大提高其表面硬度、耐蝕及耐磨性能，在材料表面改性領(lǐng)域具有十分巨大的潛在應(yīng)用價值，目前受到國內(nèi)外學者的廣泛重視，是表面工程技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點之一。Ni基合金由于和基體(碳鋼或不銹鋼等)滿足包括熱膨脹系數(shù)和熔點相近及潤濕性好等激光熔覆材料成分的設(shè)計原則，并且所得涂層一般具有良好的韌性、耐沖擊性、耐蝕性、抗氧化性、高溫自潤滑作用和適中的價格，更適于激光熔覆制備非晶涂層，因此，近年來國內(nèi)外學者多側(cè)重于這些合金體系開展研究。然而由于鎳基合金的特點，所得涂層的硬度一般較低。例如，西北工業(yè)大學李金山等采用激光熔覆方式制備了Ni-Zr-Ti-Si-Sn-Nb非晶涂層，其顯微硬度最大值為828HV，大連理工大學王存山等采用Ni-Zr-Al粉末在鎂合金表面制備了鎳基非晶涂層，其顯微硬度最大值為930HV。于2013年6月26日中國知識產(chǎn)權(quán)局公開的《一種用于高速電弧噴涂制備NiCrBMoSiFe-Ni/C非晶納米晶自潤滑減摩涂層的粉芯絲材》制備的涂層硬度約為600HV。而于2010年8月6日公開的《鐵基非晶納米晶涂層的激光制備方法》中的鐵基非晶納米晶的顯微硬度值最高可達到1380HV。因此可以看出鎳基涂層的硬度和鐵基非晶涂層的硬度還有一定的差距，低的硬度降低了涂層的耐磨性能，也限制了鎳基涂層的具體應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，主要針對激光熔覆鎳基非晶涂層硬度相對較低的問題，提供一種用于制備鎳基非晶復(fù)合涂層的鎳基合金粉末及其制備方法。

本發(fā)明是通過合金成分設(shè)計，在非晶基體中引入NbC顆粒相，以鎳、鐵、硼、硅、鈮和碳等單質(zhì)混合并在氬氣保護下霧化成非晶合金粉末，利用激光加工方法獲得致密的NbC顆粒相增強鎳基非晶復(fù)合涂層。從而進一步提高涂層的硬度，改善涂層的摩擦學性能，并且實現(xiàn)對NbC顆粒相含量的初步控制。

為達到上述目的，本發(fā)明實現(xiàn)目的所采取的技術(shù)方案是：

一種用于制備鎳基非晶復(fù)合涂層的鎳基合金粉末，按質(zhì)量百分比由組分Fe為29～32％、B為3～5％、Si為5～7％，Nb為7～9％，C為1～3％，余量為Ni組成，總質(zhì)量比為100％。

上述所述粉末的粒度為100～300目。

上述所述粉末為球形、近球形或類球形。

為達到上述目的，本發(fā)明實現(xiàn)目的所采取的另一個技術(shù)方案是：

本發(fā)明的用于制備鎳基非晶復(fù)合涂層的鎳基合金粉末的制備方法，包括如下步驟：

1、將配好的原材料預(yù)熱后裝入電爐中熔化，待溫度升至1450～1550℃時加入脫氧劑，排氣、清渣，攪拌后靜置3～5分鐘出爐，得到合金液；

2、將合金液注入制粉裝置中，在惰性氣體保護下或者真空狀態(tài)下霧化合金，將合金制備成100～300目粉末。

其中，所述惰性氣體為氬氣。

本發(fā)明的用于制備鎳基非晶復(fù)合涂層的鎳基合金粉末采用激光熔覆制備法或激光重熔制備法制備鎳基非晶復(fù)合涂層。

其中，所述的激光熔覆制備法制備鎳基非晶復(fù)合涂層的方法是：將合金粉末在氬氣保護下通過同軸送粉器送入激光光束下方熔化，在基材表面凝固形成熔覆層。激光功率為800W，光斑為3.3mm×2mm的長方形，激光掃描速度為0.36m/min，送粉量為12g/min，保護氣流量為12L/min。

所述激光重熔制備法制備鎳基非晶復(fù)合涂層的方法是：在熔覆層獲得良好成形的基礎(chǔ)上(熔覆層具有一定的高度并且其稀釋率較低)，對所得熔覆涂層在氬氣保護下進行激光重熔，重熔時為獲得較深的重熔層深度和重熔后液態(tài)合金的冷卻速度。在重熔時，選用的激光功率為3500W，氬氣保護氣流量為15L/min，重熔時激光掃描速度為8m/min。

通過上述方法制備得到的NbC顆粒相增強鎳基非晶復(fù)合涂層具有較高的非晶體積含量，微觀結(jié)構(gòu)由非晶基體和NbC晶體相組成，涂層硬度較高，達到1272HV_0.5～1313HV_0.5，并且涂層NbC相顆粒的體積含量隨Nb元素和C元素的增加而增加。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點和有益效果在于：

1、經(jīng)氬氣霧化所得粉末為球狀、近球形或類球形，有利于激光熔覆過程中的送粉過程；