[發明專利]一種激光熔敷用復合碳化物碳氮化物合金

在審

• 申請號: 201410204052.0
• 申請日: 2014-05-15
• 公開（公告）號: CN105088220A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發明（設計）人: 孫家樞;王客戶
• 申請（專利權）人: 天津濱海雷克斯激光科技發展有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C32/00;C22C29/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本項發明屬于高新材料工藝科學技術領域，特別涉及一種激光熔敷用耐腐蝕耐磨高硬度復合碳化物碳氮化物合金。

背景技術

隨著科技發展，各類工具，精密刀具，NC機床特種刀具，巖石切割用刀具以及石油鉆井用工具，除要求直接切割金屬或巖石的刀具（刀刃），要用超硬耐磨耐蝕材料的刀頭（鉆頭）外，刀體、刀具的導入、引出部分，要有較高的硬度、耐磨、耐蝕，以保證切割和加工的精度，延長精密刀具或鉆具的使用壽命。為此，希望在相關部位有較高的耐磨耐蝕性能。以往用焊接方法，包括TIG焊、Plasma焊或PTA焊，這些方法雖能得到有較好的耐磨耐蝕堆焊層，但因熱源不集中，熱影響區較大，影響刀體的性能，甚至刀體的變形。用高能量密度的激光束進行激光熔敷（Lasercladding或Lasermelting），可減少熱輸入，明顯減小熱影響區，減少工件變形。但目前可選用的熔敷材料，雖可保證熔敷層高的硬度和耐磨性，但熔敷后熔敷層常出現裂紋。尋求激光熔敷后熔覆層無裂紋的又保證滿足激光熔敷層高硬度耐磨耐蝕的合金材料是該領域研發的目標。

發明內容

本項專利申請，研發了一種激光熔敷用耐腐蝕耐磨高硬度復合碳化物碳氮化物合金。研發的復合碳化物碳氮化物合金的成分組成保證在功率1.5kW-2.0kW，光斑4-5mm的激光熔敷條件下，得到的熔敷層合金的顯微組織為：MC型、M2C型、M23C6型，M7C3（M為金屬元素，C為碳和/或氮）復合碳化物、碳氮化物較均勻的分布在γ相基體組織上。圖1，給出激光熔敷的這類合金的金相顯微組織照片。碳化物和碳氮化物的總量在40-75vol%(體積百分數)。涂層的宏觀硬度50-65HRC,其中硬質相（合金碳化物、碳氮化物）的顯微硬度在1050-2100HV，高于工程條件下遇到的淬火鋼（700HV）或巖石物料的硬度（500-850HV），保證熔敷層有較高的耐磨性。合金有較高的含鉻量和含鎳量，從而保證這種復合碳化物碳氮化物合金有較好的耐蝕性。

另，從該類合金的激光熔敷層的金相組織看到，組織中沒有容易導致產生裂紋的網狀碳化物及網狀組織。保證在激光熔敷條件下這類合金的激光熔敷層沒有裂紋。

本項申請的激光熔敷用耐腐蝕耐磨高硬度復合碳化物碳氮化物合金的成分為（質量百分數wt%）為：含Cr：15-35wt%，W：8.0-50wt%，Mo：2.0-25wt%，V：0.5-3.0wt%，Ti：0.5-4.0wt%，Ni：4.0-20wt%，C：1.0-6.0wt%，N：0.2-1.5wt%,Mn:1.0-15wt%，Si≤2.0wt%，S≤0.03wt%，P≤0.03wt%，余為Fe。

該合金按成分要求配料，用感應爐熔煉，高壓氮氣霧化制粉，制得復合碳化物碳氮化物合金粉末。合金成分設計中，Cr，W，Mo，V，Ti均為碳化物碳氮化物形成金屬元素，在合金中隨其含量以及含C量的不同，可形成MC型碳化物、M2C型、M23C6型、M7C3型碳化物以及碳氮化物（M為金屬元素，C為碳和/或氮），幾種元素適量配合可保證形成多種碳化物和碳氮化物，且擬制容易產生裂紋的網狀共晶碳化物的形成。Ti和V的碳化物及碳氮化物有阻止晶粒長大的作用，從而也有防止產生裂紋的作用。在激光熔敷過程中，能量密度高的激光束的快速加熱，合金中的高熔點碳化物、碳氮化物未來得及熔化，在隨后的快速凝固過程中起到分散的晶核的作用，減少凝固收縮，減少熱裂紋。合理的選擇激光參數，包括：功率、光斑、離焦距，激光掃描速度（即激光束移動速度），調控熔池存在的時間，減少熔深、減少基體金屬的熔化、減小熱影響區，減少熱應力。保證得到激光熔敷無裂紋高硬度耐磨耐蝕的復合碳化物碳氮化物合金涂層。

附圖說明：附圖1給出以裝于“機器人”臂上的IPG光纖激光頭進行激光熔敷照片；附圖2給出作為具體實施方式，有激光熔敷該類碳化物碳氮化物合金層的特殊刀具照片；附圖3給出作為具體實施方式，有激光熔敷該類碳化物碳氮化物合金層的特殊刀具照片。

具體實施方式：特種成型刀具的要求耐磨損的部位要求有高硬度耐磨層，預覆復合碳化物合金粉末，然后用裝于機器臂上的IPG光纖激光器激光頭（附圖1），按編制好的路徑程序在工件表面進行激光掃描熔敷，在特種成型刀具要求的部位制得無裂紋的激光熔敷復合碳化物、碳氮化物合金涂層。附圖2、3給出該類特殊成型刀具的照片。