[發(fā)明專利]一種激光熔覆碳纖維與鎳基合金復(fù)合材料涂層的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410685613.3
• 申請(qǐng)日: 2014-11-21
• 公開（公告）號(hào): CN104357839A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷劍波;王植;趙冬梅;陳小明;顧振杰;王云山
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C24/10
• 分類號(hào): C23C24/10
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光熔覆技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種激光熔覆碳纖維與鎳基合金復(fù)合材料涂層的制備方法。?

背景技術(shù)

激光熔覆技術(shù)可顯著改善金屬表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等性能。與堆焊、熱噴涂、電鍍等傳統(tǒng)表面處理技術(shù)相比，它具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如適用的材料體系廣泛、熔覆層稀釋率可控、熔覆層與基體為冶金結(jié)合、基體熱變形小、工藝易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等。因此，20世紀(jì)80年代以來(lái)，激光熔覆技術(shù)得到了國(guó)內(nèi)外的廣泛重視，并已在諸多工業(yè)領(lǐng)域獲得應(yīng)用。?

激光熔覆工藝和熔覆層性能決定了激光熔覆技術(shù)的應(yīng)用。激光熔覆層的形成過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程和熔體快速凝固過(guò)程。在此過(guò)程中，影響激光熔覆層成形質(zhì)量和性能的因素復(fù)雜，其中，激光熔覆材料是一個(gè)主要因素。?

按熔覆材料的初始供應(yīng)狀態(tài)，熔覆材料可分為粉末狀、膏狀、絲狀、棒狀和薄板狀，其中應(yīng)用最廣泛的是粉末狀材料。按照材料成分構(gòu)成，激光熔覆粉末材料主要分為金屬粉末、陶瓷粉末和復(fù)合粉末等。在金屬粉末中，自熔性合金粉末的研究與應(yīng)用最多。自熔性合金粉末是指具有強(qiáng)烈脫氧和自熔作用的硅、硼等元素的合金粉末。常用的自熔性合金粉末包括鐵基、鈷基和鎳基三種自熔性合金。其中，鐵基自熔性合金粉末適用于要求局部耐磨且容易變形的零件，基體多為鑄鐵和低碳鋼，其最大優(yōu)點(diǎn)是成本低且抗磨性能好，但與鎳基、鈷基自熔性合金粉末相比，鐵基自熔性合金粉末存在自熔性較差、熔覆層易開裂、易氧化、易產(chǎn)生氣孔等缺點(diǎn)；鈷基自熔性合金粉末具有良好的高溫性能和耐蝕耐磨性能，常被應(yīng)用于石化、電力、冶金等工業(yè)領(lǐng)域的耐磨耐蝕耐高溫等場(chǎng)合；鎳基自熔性合金粉末以其良好的潤(rùn)濕性、耐蝕性、高溫自潤(rùn)滑作用和適中的價(jià)格在激光熔覆材料中研究最多、應(yīng)用最廣。它主要適用于局部要求耐磨、耐熱腐蝕及抗熱疲勞的構(gòu)件，所需的激光功率密度比熔覆鐵基合金的略高。?

高性能纖維具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐氣候、耐化學(xué)試劑等特性，是近年來(lái)纖維高分子材料領(lǐng)域中發(fā)展迅速的一類特種纖維。?

目前，高性能纖維中碳纖維是大規(guī)模生產(chǎn)的一個(gè)品種，具有較高的比強(qiáng)度、比模量和較小的體積質(zhì)量。碳纖維既具有碳材料的固有特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，具有優(yōu)異的力學(xué)性能。?

隨著科技的發(fā)展，碳纖維的應(yīng)用領(lǐng)域與日俱增，它們除了廣泛應(yīng)用于航空航天等高技術(shù)領(lǐng)域，還可用在文體用品、紡織機(jī)械、醫(yī)療器械、生物工程、建筑材料、化工機(jī)械、運(yùn)輸車輛等方面。此外，在開發(fā)不用潤(rùn)滑油的軸承、?齒輪、軸瓦、轉(zhuǎn)軸、提升輪等運(yùn)動(dòng)頻繁、負(fù)荷大的零件方面有很好的前景。?

碳纖維的制備目前是采用一些含碳的有機(jī)纖維(如尼龍絲、腈綸絲、人造絲等)做原料，將有機(jī)纖維與塑料樹脂結(jié)合在一起，放在稀有氣體的環(huán)境中，在一定張力、溫度、壓強(qiáng)下，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的預(yù)氧化、碳化和石墨化處理等強(qiáng)熱過(guò)程制成。?

碳纖維的抗拉強(qiáng)度一般都在3500MPa(1.2N/tex～1.9N/tex)以上，比鋼材(0.35N/tex)大4倍～5倍，比強(qiáng)度為鋼材的10倍左右，碳纖維的體積質(zhì)量為1.50g/cm³～2.16g/cm³，相當(dāng)于鋼材(7.8g/cm³)的1/4，鋁合金(2.72g/cm³～2.82g/cm³)的1/2，鈦合金(4.5g/cm³)的1/3。?

碳纖維性能獨(dú)特，例如其熱膨脹系數(shù)較小，導(dǎo)熱率隨溫度升高而下降，耐驟冷、急熱，即使從幾千度的高溫突然降到常溫也不會(huì)炸裂，碳纖維的耐酸性較好，對(duì)酸呈惰性，能耐濃鹽酸、磷酸、硫酸等腐蝕，并且碳纖維可加工性能較好，由于碳纖維及其織物質(zhì)量輕又可折可彎，可適應(yīng)不同的構(gòu)件形狀，成型較方便，可根據(jù)受力需要黏貼若干層，而且施工時(shí)不需要大型設(shè)備，也不需要采用臨時(shí)固定，而且對(duì)原結(jié)構(gòu)又無(wú)損傷。?

用碳纖維復(fù)合材料代替金屬，已經(jīng)在化工、機(jī)電、造船、特別是航天航空工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。例如：用碳纖維屑加塑料制成的軸承，摩擦系數(shù)小，抗磨蝕性好，甚至可用在重型軋機(jī)上；用碳纖維與聚四氟乙稀制成的復(fù)合材料密封圈具有耐熱、耐磨和耐腐蝕的特點(diǎn)，適用于高壓化工泵和液壓系統(tǒng)的密封；碳纖維復(fù)合材料制作的齒輪，重量輕、強(qiáng)度高，完全可以代替金屬而又無(wú)須用潤(rùn)滑劑等。?

在纖維金屬基復(fù)合材料中，纖維絕大多數(shù)情況下是作為承載組分，而金屬基體主要起黏結(jié)纖維″傳遞載荷″部分承載的作用。由于性能優(yōu)良的連續(xù)纖維加入，使得復(fù)合材料具有輕質(zhì)，比強(qiáng)度、比模量高，耐磨性強(qiáng)，耐高溫性能好，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，抗疲勞，抗老化等優(yōu)良的綜合性能，在先進(jìn)武器、航空航天等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。?