[發明專利]一種用于超高速激光熔覆的顆粒增強鈷基金屬粉末

在審

• 申請號: 201711405739.0
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108130530A
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 葛學元;王淼輝;范斌;郭瑞峰;杜博睿;梁金明
• 申請（專利權）人: 北京機科國創輕量化科學研究院有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;B22F1/00;B22F9/08;C22C19/07;C22C30/00;C22C32/00
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本發明提供的一種用于超高速激光熔覆的顆粒增強鈷基合金粉末，由鈷基體金屬粉末與氧化物或碳化物顆粒組成，其配比為：50?98%的鈷基體金屬粉末，2?50%的氧化物或碳化物顆粒；其中鈷基體的化學成分及其質量百分比為：0.1?2.0%C，20.0－40.0%Cr，1.0－20.0%W，1.0－10.0%Mo，Si≤1.5%，Fe≤3.0%，Ni≤3.0%，Mn≤1.0%，P≤0.030%，S≤0.030%，余量為Co和不可避免的雜質。該金屬粉末粒徑為：10?100μm，流動性：32?41 s/100g。應用上述顆粒增強金屬粉末，采用激光熔覆技術，搭配不同工藝，對基體表面進行強化與修復。

技術領域

本發明屬于金屬材料領域，具體涉及一種用于超高速激光熔覆的顆粒增強鈷基金屬粉末。

背景技術

激光熔覆技術是一種表面硬化工藝技術，指在基材表面通過不同的填料方式添加被選擇的涂層材料，利用高功率密度的激光束使之與基材表面極薄層同時熔凝，并迅速凝固后形成稀釋度極低、與基體成冶金結合的表面涂層，從而顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等特性的工藝方法。傳統的激光熔覆技術由于激光能量主要作用于基材表面，粉末溫度低于熔點，熱量散失大、能量利用率低，熔覆速率慢，且熱影響區較大，嚴重制約了激光熔覆技術的推廣應用。

鈷基合金，是一種能耐各種類型磨損和腐蝕以及高溫氧化的硬質合金。其兼具優異的耐高溫耐磨損耐腐蝕性能，是應對復雜嚴苛工況條件下的表面改性的良好涂層材料。

發明內容

本發明涉及一種超高速率激光熔覆方法以及該方法所使用的顆粒增強鈷基合金粉末。超高速率激光熔覆是一種表面加工技術，通過同步送粉添料方式，利用高能密度的束流使添加材料與高速率運動的基體材料表面同時熔化，并快速凝固后形成稀釋率極低，與基體呈冶金結合的熔覆層，極大提高熔覆速率，顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等工藝特性的工藝方法。

與傳統低速率高速熔覆相比較，超高速率激光熔覆高能束少部分能量作用在基體材料上形成較淺的熔池，而大部分能量作用在了粉末材料上，使粉末在進入熔池之前溫度升至熔點并熔化，以液滴的形式與基體材料結合，從而使得超高速激光熔覆加工比傳統熔覆效率提高40倍至上百倍。

由于超高速率激光熔覆技術的激光能量主要作用于粉末，熔覆過程中所使用的金屬粉末對于熔覆效果有著至關重要的影響，粉末成分、粒度范圍、流動性、球形度、增強顆粒的成分及添加比例等參數直接影響熔覆層的性能。主要采用以下指標：(1) 粒度范圍，金屬粉末顆粒的大小，通常用顆粒的直徑來表征；(2) 流動性，是指以一定量粉末流過規定孔徑的標準漏斗所需要的時間來表示，通常采用的單位為s/50g，其數值越小說明該粉末的流動性愈好；(3) 球形度，顆粒的形狀與球體相似的程度；(5) D50，描述粉末粒度分布的指標，指一個樣品的累計粒度分布百分數達到50%時所對應的粒徑。

由于傳統鈷基金屬材料無法有效匯聚成較小的斑點等原因，該粒度粉末經熔覆頭輸送匯聚后，粉斑直徑較大，無法滿足超高速率激光熔覆小粉斑的工藝要求。需要說明的是，本發明中的超高速是相對于現有的激光熔覆速度而言的，該超高速具體是指激光掃描線速度大于等于25m/min。

根據本發明一方面，本發明提供了一種用于超高速激光熔覆的顆粒增強鈷基金屬粉末，其特征在于由鈷基體金屬粉末與氧化物或碳化物顆粒組成，其配比為：50-98%的鈷基體金屬粉末，2-50%的氧化物或碳化物顆粒，該氧化物或碳化物顆粒選自Al₂O₃、ZrO₂、WC、TiC中的一個或多個；其中鈷基體金屬粉末的化學成分及其質量百分比為：0.1-2.0%C，20.0－40.0%Cr，1.0－20.0%W，1.0－10.0%Mo， Si≤1.5%，Fe≤3.0%，Ni≤3.0%，Mn≤1.0%，P≤0.030%，S≤0.030%，余量為Co和不可避免的雜質；

其中，該粉末的球形度≥ 90%，流動性為32-41 s/100g。