[發(fā)明專利]一種鐵基鎳包碳化鎢激光熔覆材料的制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201410835692.1
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104831270A
• 公開（公告）日: 2015-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙冬梅;王植;雷劍波;郭煒庭;郭巍;張林;王云山
• 申請（專利權(quán)）人: 北京瑞觀光電科技有限公司
• 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

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于激光熔覆金屬碳化鎢陶瓷材料領(lǐng)域，尤其涉及一種激光熔覆鐵基鎳包碳化鎢粉末及其制備方法。

背景技術(shù)：

激光熔覆技術(shù)是一項(xiàng)新興的零件加工于表面改型技術(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、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。從當(dāng)前激光熔覆的應(yīng)用情況來看，其主要應(yīng)用于兩個(gè)方面：一，對材料的表面改性，如燃汽輪機(jī)葉片，軋輥，齒輪等；二，對產(chǎn)品的表面修復(fù)，如轉(zhuǎn)子，模具等。有關(guān)資料表明，修復(fù)后的部件強(qiáng)度可達(dá)到原強(qiáng)度的90％以上，其修復(fù)費(fèi)用不到重置價(jià)格的1/5，更重要的是縮短了維修時(shí)間，解決了大型企業(yè)重大成套設(shè)備連續(xù)可靠運(yùn)行所必須解決的轉(zhuǎn)動(dòng)部件快速搶修難題。另外，對關(guān)鍵部件表面通過激光熔覆超耐磨抗蝕合金，可以在零部件表面不變形的情況下大大提高零部件的使用壽命；對模具表面進(jìn)行激光熔覆處理，不僅提高模具強(qiáng)度，還可以降低2/3的制造成本，縮短4/5的制造周期。

熔覆工藝：激光熔覆按熔覆材料的供給方式大概可分為兩大類，即預(yù)置式激光熔覆和同步式激光熔覆。預(yù)置式激光熔覆是將熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束輻照掃描熔化，熔覆材料以粉、絲、板的形式加入，其中以粉末的形式最為常用。同步式激光熔覆則是將熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同時(shí)完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用線材或板材進(jìn)行同步送料。

熔覆材料：目前應(yīng)用廣泛的激光熔覆材料主要有：鎳基、鈷基、鐵基合金、碳化鎢復(fù)合材料。在金屬粉末中，自熔性合金粉末的研究與應(yīng)用最多。

Fe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，其主要特點(diǎn)是含B和Si具有自脫氧和造渣能力，對碳鋼、不銹鋼、合金鋼、鑄鋼等多種基材有較好的適應(yīng)性。最大的優(yōu)點(diǎn)是材料來源廣泛、成本低且抗?磨性能好。在鐵基合金粉末成分的設(shè)計(jì)上，通過調(diào)整合金元素含量來調(diào)整涂層的硬度，并通過添加其他元素改善熔覆層的硬度、開裂敏感性和殘余奧氏體的含量，從而提高耐磨性和韌性。

復(fù)合粉末主要是指碳化物、氮化物、硼化物、氧化物及硅化物等各種高熔點(diǎn)硬質(zhì)陶瓷材料與金屬混合或復(fù)合而形成的粉末體系。復(fù)合粉末可以借助激光熔覆技術(shù)制備出陶瓷顆粒增強(qiáng)金良好的工藝性和陶瓷材料優(yōu)異的耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化特性有機(jī)結(jié)合起來。目前應(yīng)用和研究較多的復(fù)合粉末體系主要包括：碳化物合金粉末(如WC、SiC、TiC、B₄C、Cr₃C₂等)、氧化物合金粉末(如Al₂O₃、Zr₂O₃、TiO₂等)、氮化物合金粉末(如TiN、Si₃N₄等)硼化物合金粉末、硅化物合金粉末等。其中，碳化物合金粉末和氧化物合金粉末研究和應(yīng)用最多，主要應(yīng)用于制備耐磨涂層。復(fù)合粉末中的碳化物顆粒可以直接加入激光熔池或者直接與金屬粉末混合成混合粉末，但更有效的是以包覆型粉末(如鎳包碳化物、鈷包碳化物)的形式加入。在激光熔覆過程中，包覆型粉末的包覆金屬對芯核碳化物能起到有效保護(hù)、減弱高能激光與碳化物的直接作用，可有效減弱或避免碳化物發(fā)生燒損、失碳、揮發(fā)等現(xiàn)象。

鐵基合金粉末的噴涂層硬度、致密性、結(jié)合強(qiáng)度等于鎳基合金粉末涂層大體相當(dāng)，因此在不少場合下可代替鎳基合金粉末，但涂層的硬度低于鎳基合金粉末涂層，又限制了其發(fā)展，因此，找到一種提高鐵基激光熔覆涂層的硬度與組織穩(wěn)定性的方法十分重要。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明針對上述問題，通過在鐵基粉末中加入鎳包碳化鎢粉末的方法，提高熔覆層的硬度。

本發(fā)明提供一種鐵基鎳包碳化鎢激光熔覆涂層方法，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：將質(zhì)量百分比30％的鎳包碳化鎢粉末與70％鐵基合金粉末混合均勻，將混合粉末預(yù)置在45鋼基體表面，粉末厚度1.5mm；

步驟三：使用高功率半導(dǎo)體激光器熔覆，其中激光功率為3000W。所?選用的光斑寬為8～15mm，焦距370。掃描速度分別為5mm/s、8mm/s、11mm/s，保護(hù)氣體為氬氣。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、激光熔覆可改善金屬表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等性能；