[發明專利]一種減少裂紋產生的平板表面制備硬質涂層的激光熔覆方法

在審

• 申請號: 201910454904.4
• 申請日: 2019-05-29
• 公開（公告）號: CN110158078A
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 駱芳;胡曉冬;白少狀;張偉;袁林江
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學之江學院;浙江工業大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發明提供一種減少裂紋產生的平板表面制備硬質涂層的激光熔覆方法，包括以下步驟：制備一種硬質涂層材料M2，以及一種輔助材料M1，所述硬質涂層M2的屈服強度σ_s2、硬度H₂、相變溫度T_ACM2均比所述輔助材料屈服強度σ_s1、硬度H₁、相變溫度T_ACM1高，對應關系：σ_s2＞σ_s1，H₂＞H₁，T_ACM2＞T_ACM1；先在基體材料上采用激光熔覆將輔助材料M1在平板零件表面構建橫豎交叉的軟質材料熔道網格；再采用激光熔覆將硬質涂層材料M2形成互相搭接的熔道覆蓋軟質材料熔道網格；熱處理方法為采用低于輔助材料M1相變溫度T_ACM1的熱處理溫度T_a對涂層進行去應力退火；本發明可有效減小激光熔覆時零件的內應力，從而減少裂紋的產生。

技術領域：

本發明屬于激光熔覆技術領域，具體涉及一種減少裂紋產生的平板表面制備硬質涂層的激光熔覆方法

背景技術：

激光熔覆技術是利用激光輻射使熔覆材料和基體表面同時熔化并快速凝固、從而顯著改善基體材料物理性能的一種工藝方法。激光熔覆過程的實質是高能激光束和金屬粉末及基材相互作用時，粉末和基材的快速熔化、快速冷卻的過程。由于這一過程極短，遠離平衡態，過熱度和過冷度遠大于常規熱處理，因此可以使材料在激光輻照區中形成晶粒高度細化的組織和較小的變形，激光熔覆技術優點有：(1)可通過混合不同合金粉末進行成分設計，得到完全致密的冶金結合涂層；(2)由于快速的加熱和冷卻過程，激光熔覆層組織均勻致密，圍觀缺陷少；(3)激光束的功率、位置和形狀等都能精確的控制，易實現選區甚至微區熔覆。(4)屬于無接觸加工，便于自動化，實現柔性加工。

然而，由于激光熔覆是快速加熱和冷卻過程，凝固過程中不可能有足夠的液體金屬補充，且在隨后的固態冷卻收縮過程中收到周圍較冷基材的束縛，造成內應力往往難以得到釋放，而一旦釋放就會造成裂紋。

熔覆層中的應力主要有以下幾種：

(1)熱應力。熱應力分為為兩種：一種是在同種材料內部，當材料受熱后，由材料的溫度梯度造成的；另一種是由于基材和熔覆材料的彈性模量、熱膨脹系數不同，從而使各層之間的熱膨脹率和收縮率不一致而產生的。

(2)組織應力。組織應力是由于金屬材料受熱熔化發生相變而產生的。

(3)約束應力。約束應力也是由兩方面原因造成的：一是由于熔覆過程很快，熔池溫度過高，熔池中已經熔化的部分材料受熱膨脹，但周圍材料的約束即受到壓應力作用；另一方面是由于掃描光束移開后，被掃描區域迅速冷卻，而熔覆區域因材料的整體性不能自由收縮導致較大拉應力的作用。

由于內應力的存在，熔覆過程中往往會有裂紋的產生，按裂紋產生的位置可分為熔覆層裂紋、界面基體裂紋和搭接區裂紋。

在采用激光熔覆方法制備硬質涂層的過程中，由于硬質涂層材料與基體材料在物理性能上存在較大差異，因此，所制備硬質涂層與基體的界面存在更大的內應力，更容易產生裂紋。這無疑限制了激光熔覆技術的推廣應用，現在亟須需要一種經濟、高效的方法來減少裂紋的產生。

發明內容：

本發明的目的是提供一種減少裂紋產生的平板表面制備硬質涂層的激光熔覆方法，為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案來實現：

制備該涂層需要一種硬質涂層材料M2，以及一種與硬質涂層材料M2相比強度低、硬度低、相變溫度低的輔助材料M1。硬質涂層材料M2的主要性能指標為：屈服強度σ_s2、硬度H₂、相變溫度T_ACM2，輔助材料M1的主要性能指標為屈服強度σ_s1、硬度H₁、相變溫度T_ACM1，對應參數關系為：