[發明專利]Fe-Ni-SiO2合金涂層晶粒細化及其制備方法

在審

• 申請號: 201911397443.8
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN111041476A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 趙明娟;喻世豪;趙龍志;唐延川;王懷;鄧楚祥;張鵬;劉德佳;沈明學
• 申請（專利權）人: 華東交通大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;B22F9/04;C22C38/02;C22C38/08
• 代理公司: 麗水創智果專利代理事務所(普通合伙) 33278
• 代理人: 單拯

本發明涉及一種Fe?Ni?SiO2合金涂層晶粒細化及其制備方法。本發明的Fe?Ni基合金耐磨涂層由Fe、Ni、SiO2粉末通過激光金屬直接沉積技術制得，具體制備方法如下：篩選出合適粒度大小的各元素粉末，按比例混合均勻后球磨、恒溫干燥后輸送至基板表面，在氬氣保護下，使用激光光源將混合粉末熔化并沉積在基板表面。本發明通過控制凝固過程異質形核核心數量，簡單、有效地實現了激光金屬直接沉積過程中Fe?Ni基合金涂層顯微組織形貌調控；獲得的涂層無熱裂紋，與基板具有良好的結合。

技術領域

本發明涉及金屬材料表面涂層激光加工領域，更具體地說，本發明涉及 Fe-Ni-SiO2合金涂層晶粒細化及其制備方法。

背景技術

目前殘余應力問題已經成為影響激光沉積成形大規模商業化應用的主要問題之一。因此，研究激光沉積成形過程中材料溫度、結構、物性的演化，探索應力演化的影響規律及機理，實現應力的高精度計算，進而實現應力水平及其分布的調整，具有非常重要的現實意義。

有關因瓦合金在激光沉積方面的研究鮮有報道，據作者前期研究發現，利用因瓦合金的低膨脹性特點可以有效的解決沉積層開裂問題。激光沉積表面強化技術又可以一定程度解決因瓦合金硬度、強度低的這個問題，有望制備出無裂紋沉積涂層，應用于軌道裝備以及大型裝備上的一些關鍵零部件上具有很大的應用前景。

發明內容

針對現有技術上述存在的問題和缺陷，本發明了提供一種Fe-Ni-SiO2合金涂層晶粒細化及其制備方法，是利用激光金屬直接沉積技術將合金粉末熔化并沉積在現有金屬材料表面形成金屬涂層，該方法具有工藝簡單、操作方便、成本低、自動化程度高等優點。

本發明解決的技術問題采用的技術方案是：Fe-Ni-SiO2合金層的制備方法，所述方法包括如下步驟：

(1)鐵基材料即基板的預處理：包括對基板的打磨及噴砂處理；

(2)復合粉末的制備：篩選出合適粒度大小的Fe、Ni、SiO2粉末，并按比例混合均勻，獲得混合粉末。將混合粉末在球磨機中低速球磨混合均勻，隨后將混合粉末放置在恒溫干燥箱內干燥；

(3)激光沉積：采用激光多道多層沉積技術，單層搭接沉積路徑為“S”型。

進一步地，上述技術方案步驟(3)中所述的基板為采用45鋼；

進一步地，上述技術方案步驟(2)中各元素粉末粒度范圍為150～300目。

進一步地，上述技術方案步驟(2)中所述球磨時間為2～4小時，球磨機轉速為50～250r/min，所述混合粉末恒溫干燥溫度為30～60℃。

更進一步地，上述技術方案中所述的球磨機轉速優選為200r/min，所述混合粉末恒溫干燥溫度優選為50℃。

進一步地，上述技術方案步驟(3)中采用的送粉裝置為可實現自動送粉的同軸送粉器，送粉裝置的送粉速率為7～11g/min，載氣流量為6～9L/min。

進一步地，上述技術方案步驟(3)中所述的激光光源為半導體激光器，所用激光功率為800～1200W，所述激光器的光斑為圓形光斑，光斑直徑為2～4mm，掃描速度為4～6mm/s。

本發明的有益效果在于：

1、本發明提供了一種新型的含SiO2的鐵鎳合金晶粒細化劑，能作為鐵鎳合金有效的異質形核顆粒，添加量容易控制，使用方便。

2.本發明所述SiO2晶粒細化劑，添加到鐵鎳合金中后，有效細化鐵鎳合金，強化鐵鎳合金，提高鐵鎳合金的綜合力學性能。使用本發明制備的晶粒細化劑的鐵鎳合金，晶粒尺寸約為8μm，晶粒細化效果顯著。

3.本發明所述制備方法，操作簡單，成本低廉，自動化程度高，具有廣闊的市場應用前景。