[發明專利]類石墨烯改性陶瓷增強金屬基復合涂層的激光熔覆方法

在審

• 申請號: 202210852571.2
• 申請日: 2022-07-20
• 公開（公告）號: CN115198266A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 馬興華;夏俊佳;張樹玲;郭峰
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;B22F9/04;C01B32/19
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王志坤

本發明涉及類石墨烯改性陶瓷增強金屬基復合涂層的激光熔覆方法，本發明選用價格低廉的石墨粉替代價格昂貴的石墨烯作為添加劑，結合超聲剝離及濕法球磨等方法，成功剝離形成類石墨烯結構，并在球磨過程中制備出簡易石墨烯包覆核殼結構。本發明選用合適的激光熔覆工藝，在簡易石墨烯包覆核殼結構的作用下，陶瓷增強金屬基復合涂層的均勻性得到提高。本發明具有制備工藝簡單、低成本、高性能的特點，可以實現工業化生產。

技術領域

本發明屬于激光熔覆金屬基復合涂層技術領域，特別涉及一種類石墨烯改性陶瓷增強金屬基復合涂層的激光熔覆方法。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

激光熔覆涂層的材料是影響涂層性能的關鍵因素之一，陶瓷增強金屬基復合材料(MMCs)是由硬質陶瓷顆粒或纖維作為增強相，韌性金屬合金粉末為粘結相的復合材料，具有高模量、高強度、良好的耐磨性、優異的化學惰性和優異的高溫性能。然而，在激光熔覆過程中，由于材料快速融化凝固的過程以及硬質相與金屬粘結相存在熔點不同等物理性質差異，熔覆層存在氣體夾雜、顆粒聚集和界面微裂紋等問題，將嚴重影響涂層性能及使用壽命。

發明內容

為了克服激光熔覆陶瓷增強金屬基復合涂層陶瓷顆粒沉積和界面微裂紋等問題，促進增強相在熔覆層中均勻分布，本發明提供一種類石墨烯包覆合金粉末及其制備方法。本發明選用價格低廉的石墨粉替代石墨烯，結合石墨烯的制備方法，獲得簡易類石墨烯包覆Ni60A合金粉末核殼結構，從而解決顆粒沉積和界面微裂紋等問題，進一步提高覆層的均勻性。

本發明是通過下述技術方案實現的：

第一方面，本發明提供一種類石墨烯改性陶瓷增強金屬基復合涂層的激光熔覆方法，包括如下步驟：

A、對待熔覆基材表面進行預處理，去除表面銹蝕及氧化層；

B、對石墨粉進行超聲剝離：將石墨粉分散在表面活性劑溶液中，攪拌并利用超聲剝離，靜置后離心，去離子水漂洗，過濾后干燥；

C、將步驟B中處理后得到的石墨粉與金屬陶瓷復合粉末混合，加入無水乙醇進行濕磨混合，后將混合溶液在真空干燥箱中烘干；

D、將混合粉末放入同軸送粉器，在保護氣體下進行激光熔覆成功獲得組織均勻的復合涂層。

進一步的，所述待熔覆基材可以為不銹鋼、模具鋼、可鍛鑄鐵、灰口鑄鐵、銅合金、鈦合金、鋁合金及特殊合金等。

進一步的，所述步驟A中預處理為普通打磨處理或特種加工處理。特種加工處理包括噴砂、電解加工等。

進一步的，所述步驟B中采用的石墨粉的粒度為45～75μm，表面活性劑為十二烷基硫酸鈉(SDS)，濃度為0.1mg/mL。

進一步的，所述步驟B中超聲剝離，超聲時間為1-4h，超聲功率為120W。

進一步的，所述步驟B中，干燥溫度為50-90℃，干燥時間為5-20h。

進一步的，所述步驟C中所述金屬陶瓷復合粉末為Ni60A和WC的復合粉末。上述兩種粉末可以為任何比例，一般情況下WC含量少于等于50wt.％，如WC用量可為25wt.％。

其中，金屬陶瓷復合粉末的顆粒粒度為45～75μm。

進一步的，基于混合物的總質量，石墨粉的用量為0.25-1.0wt％。

進一步的，所述步驟C中球磨設備為GNS3-8罐磨機，球粉比為50：3，轉速為25rpm，持續球磨24h。

進一步的，所述步驟D中保護氣氛為氬氣或氮氣。