[發明專利]一種鐵基碳化鎢與不銹鋼異質增材結構及制造方法

有效

• 申請號: 202110506651.8
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113369642B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 馮曰海;嚴龍;黃俊;王克鴻;周琦
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B23K9/133
• 分類號: B23K9/133;B23K9/167;B23K9/32;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 趙毅

本發明公開了一種鐵基碳化鎢與不銹鋼異質增材結構及制造方法，該結構中每增材道、相鄰增材道和相鄰增材層均呈超硬鐵基碳化鎢與軟質不銹鋼區域交替分布。該增材制造方法采用同一等離子電弧，機器人PLC交替控制鐵基碳化鎢藥芯和不銹鋼實芯絲材的不同送絲時間、鐵基碳化鎢藥芯絲材單增材道起始時刻、相鄰層間單道起始時刻，實現每增材道、相鄰道和相鄰層均呈超硬鐵基碳化鎢與軟質不銹鋼區域交替分布的交替增材結構。本發明通過鐵基碳化鎢藥芯絲材與不銹鋼絲材的異質交替熔化，調整送絲時刻、時間與軌跡，實現了三維超硬鐵基碳化鎢增材區域與軟質不銹鋼增材區域交替分布的異質結構，達到超高硬度與高韌性的組合，突破超硬與軟質材料增材實現難題。

技術領域

本發明屬于電弧增材制造技術領域，具體是一種鐵基碳化鎢與不銹鋼異質增材結構及制造方法。

背景技術

隨著工程技術的快速發展，均質金屬材料的性能優化與提高已越來越難以滿足各種要求，通過兩種或兩種以上材料的復合能為金屬構件的性能提升拓寬技術空間。鐵基碳化鎢增材件具有高強高硬的特點，但沖擊韌性較差，而不銹鋼材料沖擊韌性較好。另外，碳化鎢的增材大多選用粉材為主，效率較低。因此，急需一種超硬鐵基碳化鎢與軟質不銹鋼交替熔絲多維異質增材結構來提高構件性能。

專利一種FeNi基激光熔覆摻雜碳化鎢/碳化鉻復合強化抗高溫耐磨涂層及其制備方法(申請號CN201811022429.5)公開了一種碳化鎢/碳化鉻復合涂層的制備方法。該方法包括了基體預處理,堆焊處理,激光熔覆處理,以及硫化處理等過程，步驟復雜，制得的涂層較薄，不能實現大尺度樣件的增材制造，并且設備成本較高。專利一種等離子熔覆復合碳化鎢涂層的方法(申請號CN202010068190.6)公開了一種等離子熔覆復合碳化鎢涂層的方法。該方法制得的涂層最大限度的利用了碳化鎢的耐磨性能，又不會改變鎳基合金的沖擊韌性，但鎳基合金成本較高，且無法實現大尺度樣件的增材制造。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鐵基碳化鎢與不銹鋼異質增材結構及制造方法，實現三維超硬鐵基碳化鎢增材區域與軟質不銹鋼增材區域均呈交替分布的異質結構，達到超高硬度與高韌性的性能組合，突破超硬與軟質材料增材實現難題；同時也有效了抑制了熔化鐵基碳化鎢增材裂紋的產生，突破鐵基碳化鎢絲材增材成形質量控制難題。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

一種鐵基碳化鎢與不銹鋼異質增材結構，該增材結構在橫向X方向、縱向Y方向和垂直Z方向上超硬鐵基碳化鎢與軟質Cr-Ni不銹鋼區域均是區域交替分布。

進一步的，該增材結構在縱向Y方向上，軟質Cr-Ni不銹鋼區域長度小于超硬鐵基碳化鎢區域的長度，鐵基碳化鎢增材區域長度L₁為24～45mm，Cr-Ni不銹鋼增材區域長度L₂為15～25mm。

進一步的，該增材結構在垂直Z方向上，軟質Cr-Ni不銹鋼區域厚度與超硬鐵基碳化鎢區域的厚度接近，厚度δ為1～5mm。

進一步的，增材結構在橫向X方向上，軟質Cr-Ni不銹鋼區域的寬度與超硬鐵基碳化鎢區域的寬度接近，寬度為5-10mm；軟質Cr-Ni不銹鋼區域的寬度為增材過程中每一焊道的寬度。

一種基于鐵基碳化鎢與不銹鋼異質增材結構的制造方法，包括以下具體步驟：

(1)使用低溫熱處理爐加熱不銹鋼基板達到預設溫度，選定增材電流、電弧行進速度、離子氣流量和保護氣流量工藝參數，在不銹鋼基板上引燃電弧；