[發明專利]一種用于超高速率激光熔覆的工具鋼粉末

在審

• 申請號: 201711406913.3
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108559990A
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 范斌;葛學元;王淼輝;郭瑞峰;梁金明;杜博睿
• 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;C22C38/56;C22C38/22;C22C38/24;C22C38/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種用于超高速率激光熔覆的工具鋼金屬粉末，屬于鋼鐵材料制造領域，上述金屬粉末化學成分質量分數為：1.4－1.8%C，3.0－8.0%Cr，1.0－3.0%Mo，3.0－7.5%V，8.0－14.0%W，6.0－12.0%Co，P≤0.030%，S≤0.030%，余量為Fe和不可避免的雜質。該粉末粒度分布：10?100μm，D50：25?50μm，流動性：31?45s/100g，原材料成分合金化配比，而后進行真空熔煉鋼錠，應用中頻感應加熱熔化鋼錠，熔煉室真空度10^?1?10^?2Pa，采用氣霧化方法制粉，噴粉氣體氬氣壓力1.8?3.8MPa，收得粉末后進行粒度篩分。應用篩分后的粉末，采用超高速率激光熔覆技術，搭配不同工藝，進行表面制造及修復。

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率激光熔覆的工具鋼金屬粉末。

背景技術

傳統激光熔覆技術具有結合強度高，熱變形小等優點，且可以通過調整粉末成分獲得所需熔覆層性能，因此在諸多行業中開始實現應用，但是該技術加工效率較低，熔覆速率一般為0.5~3m/min，粉末利用率低，一般50%左右，并且激光能量聚焦在基體材料上，通過熔化基體材料來摻入和結合粉末，這使得激光能量利用效率和熔覆速率低，粉末與基體材料結合時仍為固態顆粒，成品表面平滑度差。由于其效率低下、成本高，限制了其大規模產業化應用，也是目前亟待解決的瓶頸問題。

同時，傳統激光熔覆所用的粉末具有相應的粒度。該粒度粉末經熔覆頭輸送匯聚后，粉斑直徑通常較大。

發明內容

本發明涉及一種超高速率激光熔覆方法，尤其是該方法所使用的工具鋼金屬粉末。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。

相應地，超高速率激光熔覆對粉末提出了新的要求。例如粉末的以下指標都存在新的要求：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；4.D50，描述粉末平均粒度的指標，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。

需要說明的是，本申請的工具鋼是指用以制造切削刀具、量具、模具和耐磨工具的鋼。工具鋼具有較高的硬度和在高溫下能保持高硬度和紅硬性，以及高的耐磨性和適當的韌性，是針對耐磨環境表面改性的良好涂層材料。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率激光熔覆的工具鋼粉末，其各元素的質量分數為：1.4－1.8%C，3.0－8.0%Cr，1.0－3.0%Mo，3.0－7.5%V，8.0－14.0%W，6.0－12.0%Co，P≤0.030%，S≤0.030%，余量為Fe和不可避免的雜質；其中，該粉末的D50為25-50μm，流動性為31-45s/100g。

根據本發明一方面，W優選 9.0－12.0%，Co優選7.0－10.0%，V優選4.0－5.5%。

根據本發明一方面，該金屬粉末粒度分布為：10-100μm。