[發明專利]一種基于激光熔覆的鎳基玻璃纖維復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410685611.4
• 申請日: 2014-11-21
• 公開（公告）號: CN104451663A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 雷劍波;趙冬梅;王植;陳小明;顧振杰;王云山
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于激光熔覆金屬復合材料領域，尤其涉及一種激光熔覆鎳基玻璃纖維復合材料的制備方法。

背景技術

激光熔覆是一種先進的激光表面改性技術，是在工件(或基體材料)表面加入熔覆材料(送粉、送絲、預置等)，通過高能密度激光加熱，使熔覆材料和基體表面薄層金屬迅速達到熔融狀態，此時靠工件本身的導熱，快速凝固結晶為熔覆層，以獲得與基體材料之間冶金結合且稀釋率低并具有各種特性的改性層或修復層。在廉價的基體材料上熔覆性能各異的合金涂層，可以顯著提高基材表面的耐磨、耐蝕、耐熱及抗氧化等性能，具有廣闊的發展前景。與傳統的表面改性技術相比，激光熔覆工藝具有以下特點：

(1)激光熔覆幾乎不會引起基體材料的熱變形，且工藝周期短，生產效率高；

(2)相比傳統的表面改性方法(熱噴涂、電鍍等)，激光熔覆所選用的熔覆材料的范圍相當廣泛，包括鎳基、鈷基、鐵基、碳化物復合材料以及各種陶瓷材料，且材料利用率高；

(3)激光熔覆層的厚度、形狀、稀釋率和成分可控，與基體之間結合力強；

(4)與鑄態合金相比，合金涂層組織致密，晶粒細小，耐磨性和硬度都有所提高。

激光熔覆用覆層材料目前的主流是自熔性合金粉末。它是自身能起溶劑作用的合金，即在重熔時合金本身有自脫氧性能和自造渣性能。目前覆層材料中使用最多的為Fe、Co、Ni基自熔性合金粉末。其中Fe基粉末價格最低，Co基價格最高，但Fe基粉末在耐蝕性能上不如Ni基和Co基粉末，因此鎳基自熔合金價廉且有一定的耐蝕性和高溫自潤滑作用而倍受重視。

鎳基自熔性合金粉末最為典型，熔點低自熔性好，具有良好的韌性和耐沖擊能力、耐熱性能和抗氧化性能。耐金屬間摩擦磨損和低應力磨粒磨損的性能都好，還具有較高的耐腐蝕性能，應用最廣泛，但高溫性能不如鈷基合金粉末。鎳基合金粉末使用于暴露于高溫腐蝕性氣氛下的零件，具有很高的耐高溫耐蝕性和抗氧化性能。鎳基合金能夠替代鈷金屬，具有很重要的應用前景。鈷是相當稀少和昂貴的金屬，而鎳有廣泛的應用并且更便宜，常用于高壓氣體透平機葉片的熔覆或注塑機螺桿的改性。

玻璃纖維特性：玻璃是一種以脆聞名的物質，玻璃一經被加熱，就可以被拉制成比頭發還要細的玻璃纖維，它就變得像合成纖維那樣柔軟，而且堅韌的程度甚至要超過同樣粗細的鋼絲，玻璃和玻璃纖維雖然外表不同，但她們的結構是一樣的，其橫斷面幾乎都是完整的圓形，外觀均光滑圓柱體，直徑為2-20微米。玻璃鋼所用的增強纖維直徑為5-9微米，只有頭發的十幾分之一，但單絲的拉伸強度高達100-300千克每平方毫米，比天然纖維和化學纖維高5-10倍，比高強度鋼高1-2倍。在復合之前，應把玻璃纖維制成氈墊或紡織品，或根據需要切成短纖維。

與非金屬基復合材料相比，金屬基復合材料的潛力尚未充分發揮，應用面比較窄，成熟的品種很少。這種情況一直到70年代中期才略有好轉。1974年美國材料咨詢局第一次肯定了研制和使用金屬基復合材料的正確性，表示對這項工作要重視和支持。這主要是航空、航天、能源工業的發展提出的一系列嚴格的要求，看來只有依賴金屬基復合材料和精陶瓷才能夠解決。金屬基復合材料所用的增強劑除了石墨、硼纖維外，還有高強度鋼絲、高熔點合金絲(鎢、鉬)和晶須(氧化鋁、碳化硅)等。這些纖維分別用來與鋁、鎂、鈦、銅和鎳鈷基高溫合金組成復合材料。

目前，激光熔覆金屬基纖維復合材料的研究很少，鎳基和玻璃纖維都有各自的顯著特性，本發明提供了一種復合材料的制備方法。

發明內容

發明針對目前主要的激光熔覆方法主要是金屬復合材料的制備，提出了在金屬粉末中加入玻璃纖維的復合材料制備的工藝方法。

本發明提供一種激光熔覆鎳基玻璃纖維復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：選取45#鋼作為熔覆的基體，用600目砂紙打磨光潔，再用丙酮溶液清除干凈基體表面油污和銹跡；

步驟二：將鎳基粉末置于烘干機內烘干，溫度120℃，時間60分鐘；

步驟三：將玻璃纖維置于基體上，鎳基粉末預置在45#鋼基體表面，粉末厚度1mm～5mm；

步驟四：使用高功率半導體激光器熔覆，其中激光功率為3000W。所選用的光斑寬為2～8mm，焦距370mm。掃描速度為8mm/s、16mm/s，保護氣體為氬氣。

步驟二中的鎳基粉末的粒度為50～100μm。

本發明具有以下優點：

1、激光熔覆可提高基材表面的耐磨、耐蝕、耐熱及抗氧化等性能；