[發(fā)明專利]利用熔覆粉末在激光熔覆中提高42CrMo鋼顯微硬度的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610044447.8
• 申請(qǐng)日: 2013-08-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105603418B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅震;談?shì)x;顏福裕;姚杞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C24/10
• 分類號(hào): C23C24/10;B22F1/00
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)12214
• 代理人: 王秀奎

本發(fā)明申請(qǐng)是母案申請(qǐng)“簡(jiǎn)易鐵基激光熔覆粉末及熔覆層制備方法”的分案申請(qǐng)，母案申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?013103355538，母案申請(qǐng)的申請(qǐng)日為2013年8月1日。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光熔覆材料領(lǐng)域，更加具體地說(shuō)，涉及一種簡(jiǎn)易的鐵基激光熔覆粉末材料及熔覆層制備方法。

背景技術(shù)

激光熔覆技術(shù)是激光表面改性技術(shù)中的重要組成部分，由于可以顯著改善材料的耐磨性、耐蝕性、耐熱性以及一些電氣性能，在生產(chǎn)應(yīng)用中得到快速發(fā)展。然而當(dāng)前采用的激光熔覆粉末一方面是沿用熱噴涂材料的鎳基、鐵基、鈷基自熔性合金粉末；另一方面就是在合金粉末中添加WC、TiC、SiC等陶瓷材料來(lái)提高熔覆層的硬度和耐磨性，但其裂紋敏感性也會(huì)增加。因此，研究具有良好耐磨性、耐蝕性和抗熱性等綜合性能的激光熔覆粉末，用于機(jī)械零件易損部位的修復(fù)，獲得耐磨、耐蝕層，可以大大延長(zhǎng)機(jī)器設(shè)備的使用壽命，不僅可以提高生產(chǎn)效率，還能夠克服在堆焊、熱噴涂等傳統(tǒng)表面處理技術(shù)中普遍存在的工件變形大和結(jié)合強(qiáng)度低的問(wèn)題，具有巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＳ捎跓彷斎肓枯^低、工件變形小、晶粒細(xì)小以及強(qiáng)度、硬度高等優(yōu)點(diǎn)，以及可以顯著改善材料的耐磨性、耐蝕性、耐熱性以及一些電氣性能，在生產(chǎn)應(yīng)用中得到快速發(fā)展。然而當(dāng)前采用的激光熔覆粉末一方面是沿用含有硼和硅的熱噴涂用自熔合金粉末，其不足之處在于絕大多數(shù)自熔合金粉末中硼和硅的含量較高,由于激光熔覆過(guò)程中冷卻速度快，使得一些夾雜如硼硅酸鹽無(wú)法順利從快速凝固的熔池內(nèi)浮出,導(dǎo)致激光熔覆層開(kāi)裂敏感性較大；另一方面就是采用含有三四種元素的專用粉末，不易獲得良好的綜合性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對(duì)現(xiàn)有激光熔覆粉末材料進(jìn)行改進(jìn)以解決上述技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)目的通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

簡(jiǎn)易鐵基激光熔覆粉末材料，按照質(zhì)量百分比(即各個(gè)組分之和為100％)由下述組分組成：Cr為20～22％，Ni為10～11％，Al為9.5～10.5％，CeO₂為1～1.5％，F(xiàn)e為余量。

優(yōu)選如下組分和含量：Cr為21～22％，Ni為10～11％，Al為10～10.5％，CeO₂為1～1.2％，F(xiàn)e為余量。

在上述簡(jiǎn)易鐵基激光熔覆粉末中，選用各個(gè)組分均為純度大于等于99％的粉末，粒徑為100—500目，優(yōu)選200—300目，即鉻粉、鎳粉、鋁粉、二氧化鈰、鐵粉。

在本發(fā)明的技術(shù)方案中，Cr和Ni為主要的合金元素，其中Cr主要用于提高淬透性，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，促進(jìn)M的形成，在高合金超高強(qiáng)度鋼的設(shè)計(jì)中，Cr有促進(jìn)二次硬化效應(yīng)(取代Mo₂C中的Mo形成(Mo、Cr)₂C)，形成細(xì)小彌散的沉淀相，提高硬度和拉伸屈服強(qiáng)度；Ni則主要用于提高潤(rùn)濕性和改善熔覆層性能。加入的Al主要用于替代B和Si來(lái)脫氧，還可以提高合金的高溫塑性，減少熔覆層的收縮率，從而可以獲得不含裂紋的熔覆層。此外，加入一定量的CeO₂，一方面可以對(duì)晶界進(jìn)行凈化，進(jìn)一步降低其有害雜質(zhì)的含量；另一方面，稀土本身作為一種活性物質(zhì)，能夠降低晶界界面張力，從而減小晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力，抑制了晶粒長(zhǎng)大的傾向，同時(shí)，形成的稀土化合物在一次結(jié)晶過(guò)程中也可以作為形核核心，增加形核數(shù)目，從而細(xì)化晶粒，提高熔覆層的硬度和耐磨性。

在進(jìn)行制備時(shí)，準(zhǔn)確稱量各個(gè)組分的質(zhì)量后，將其進(jìn)行充分混合以均勻即可，例如采用電子稱稱取各種元素的粉末后，在研缽中機(jī)械研磨半小時(shí)使其混合均勻。

利用本發(fā)明的簡(jiǎn)易鐵基激光熔覆粉末應(yīng)用到激光熔覆焊接中，將簡(jiǎn)易鐵基激光熔覆粉末和乙醇混合后，均勻涂覆在基體材料表面，風(fēng)干后通過(guò)激光熔覆即可獲得熔覆層。

其中所述乙醇選用分析純的無(wú)水乙醇；在簡(jiǎn)易鐵基激光熔覆粉末和乙醇混合物中，按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)由92～95％的簡(jiǎn)易激光熔覆粉末和5～8％的乙醇組成。

在簡(jiǎn)易鐵基激光熔覆粉末和乙醇混合后，形成糊狀或膏狀，以便于在基體材料表面進(jìn)行涂覆，經(jīng)涂覆后形成預(yù)制層，所述預(yù)制層厚度為1—2mm。

在進(jìn)行激光熔覆時(shí)，選用基體材料為42CrMo鋼，優(yōu)化工藝參數(shù)為：激光功率為1550～1650KW，光斑直徑為0.8—1mm，掃描速度為150—200mm/min，離焦量為0，保護(hù)氣體采用氬氣、氮?dú)饣蛘吆猓瑲怏w流量為20—25L/min；優(yōu)選激光功率為1580～1620KW，光斑直徑為0.8—1mm，掃描速度為180—200mm/min，離焦量為0，保護(hù)氣體采用氬氣，氣體流量為22—25L/min。