[發(fā)明專利]一種多主元合金粉末及其用于在模具鋼上激光熔覆制備涂層的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201511017447.0
• 申請日: 2015-12-30
• 公開（公告）號: CN105401038B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設計）人: 葉宏;劉承鑫;閆忠琳
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶理工大學
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C23C24/10
• 代理公司: 重慶博凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司50212
• 代理人: 李明,張先蕓

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料表面處理和強化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多主元合金粉末及其用于在模具鋼上激光熔覆制備涂層的方法。

背景技術(shù)

模具是機械、電器制造等工業(yè)部門中制造零件的主要加工工具。模具鋼是用來制造冷作模具、熱作模具等模具的鋼種。按服役條件可將模具鋼分為四大類：冷作模具鋼、熱作模具鋼、塑料模具鋼、塑膠模具鋼等四大類。其中，熱作模具需要在較高溫度下工作，因此要求其具有較好的強度和硬度、良好的導熱性、較高的淬透性以及良好的抗氧化性和耐磨性等良好性能。模具質(zhì)量的好壞直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量、精度、產(chǎn)量和生產(chǎn)成本，而模具的質(zhì)量與使用壽命除了靠合理的結(jié)構(gòu)設計和加工精度外，主要受模具材料和熱處理的影響。

近幾年，雖然我國模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但我國生產(chǎn)的模具鋼的品種、規(guī)格、質(zhì)量和壽命與發(fā)達國家相比還有較大差距，仍需以高價從國外大量進口優(yōu)質(zhì)模具鋼。與國外先進水平的差距主要表現(xiàn)為：模具使用壽命低，其中精沖模壽命一般只有國外先進水平的1/3 左右；生產(chǎn)周期長；質(zhì)量可靠性與穩(wěn)定性較差；制造精度和標準化程度較低，等等。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：如何提供一種多主元合金粉末及其用于在模具鋼上激光熔覆制備涂層的方法，使制得的表面熔覆層具有硬度高、耐磨性好、耐蝕性好和冶金結(jié)合力強的特點。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種多主元合金粉末，按摩爾比計，該合金粉末成分包括：等摩爾比的Co、Cr、Al、Ni和Mn。

上述多主元合金粉末用于在模具鋼上激光熔覆制備涂層的方法，包括如下步驟：

1）按照上述配方配制多主元合金粉末，將配好的所述多主元合金粉末放入球磨機中混合4~6 h；

2）用金相砂紙將模具鋼表面的氧化膜打磨掉，并用無水乙醇或丙酮對打磨后的模具鋼進行清洗；

3）將步驟1）球磨后的多主元合金粉末用質(zhì)量濃度為0.3~0.5%的聚乙烯醇溶液調(diào)勻成糊狀，將調(diào)成的糊漿預置在步驟2）處理后的模具鋼表面形成預置熔覆層后，80℃抽真空干燥5~6 h；其中，所述預置熔覆層的涂覆厚度為0.6~0.8 mm；

4）用激光器對步驟3）模具鋼表面的預置熔覆層進行輻照，輻照過程中用惰性氣體進行保護，得到熔覆層；其中，輻照過程中激光電流為200~240A，掃描速度為100~140 mm/min，脈寬為6ms，頻率為6~7Hz，離焦量為+9~+10mm。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明多主元合金由5種或5種以上的合金元素按等摩爾比配制形成，利用Fe、Co、Cr、Al、Mn、Ni多種合金元素之間的協(xié)同配伍作用，使多主元高熵合金發(fā)揮其特有的高熵效應、緩慢擴散效應、納米相強化及晶格畸變等特點，使制得的熔覆層具有高硬度、高耐磨性、高耐蝕性等諸多優(yōu)異特性。

2、本發(fā)明采用激光熔覆法，借助激光照射產(chǎn)生大量的熱量使得以不同的填料方式覆蓋在基體表面上的一層熔敷材料和基體表層同時熔化，經(jīng)快速凝固后在兩者的界面很窄的區(qū)域內(nèi)迅速產(chǎn)生分子或原子級的交互擴散，利用冶金結(jié)合的方式達到基體與熔覆層的牢固結(jié)合，在模具鋼基材表面形成一層合金化層；經(jīng)試驗驗證本發(fā)明方法制得的熔覆層表層硬度可達750HV，相比基體提高3倍左右，熔覆層的耐磨性較基體得到提高，熔覆層的摩擦系數(shù)較基體明顯減小，熔覆層的磨損形貌較基體圓滑，熔覆層的磨損量為基體的1/3左右；涂層的自腐蝕電位為-0.17V，自腐蝕電流密度為1.76×10^-6 A/cm²；基體的自腐蝕電位為-0.57V，自腐蝕電流為9.79×10^-6A/cm²。綜合結(jié)果表明熔覆層的硬度、耐磨性和耐腐蝕性相對于基體具有較大提高，說明表面性能得到提高。

3、本發(fā)明采用Fe、Co、Cr、Al、Mn、Ni進行配比制作熔覆層材料，通過多種合金之間的協(xié)同配伍作用，在保證制得的熔覆層能夠滿足硬度高、耐磨性好、耐蝕性好和冶金結(jié)合力強要求的前提下，更好地節(jié)約材料成本，可以實現(xiàn)在較低成本金屬部件表面制作高熵合金熔覆層，這種表面改性的方法具有良好的應用前景。

4、相比較其他的制備方法，本發(fā)明激光熔覆方法制備的熔覆層質(zhì)量好，工作效率高，操作簡單；在實際的工業(yè)生產(chǎn)中采用本發(fā)明方法可對材料表面進行改性或修復，使得材料性能改善和恢復，提高和延長材料的使用壽命，且節(jié)省了資源。

附圖說明

圖1為實施例1得到的多主元合金熔覆層示意圖；