專利名稱：一種激光輻照原位自生Al-Fe-Si三元陶瓷/Fe復(fù)合涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種復(fù)合涂層的制備方法，尤其涉及一種激光輻照原位自生Al-Fe-Si三元陶瓷/Fe復(fù)合涂層的制備方法。
背景技術(shù)：
復(fù)合涂層，是由兩種或者兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或者化學(xué)的方法，在基材表面沉積具有全新性能的涂層。由于組成復(fù)合涂層的各種材料在性能上相互補充和協(xié)調(diào)，使復(fù)合涂層的綜合性能優(yōu)于原組成材料，可以滿足各種不同的エ況要求。因此，復(fù)合涂層在航空航天、機械制造、冶金與汽車等行業(yè)關(guān)鍵零部件的表面修復(fù)與強化具有廣闊的應(yīng)用前景。按照復(fù)合涂層的增強體的加入方式，復(fù)合涂層的制備方法主要分外加法和原位自生法。長期以來，人們對復(fù)合涂層的研究一直側(cè)重于傳統(tǒng)的熱噴涂和堆焊法等，這類方法制備的涂層與基板結(jié)合差，涂層質(zhì)量差，涂層壽命短。而且外加增強體法制備的涂層中增強體與涂層基體潤濕性差，界面結(jié)合不良。激光表面改性技術(shù)是ー種新型的局部表面改性方法，具有激光束能量密度高、基體熱影響區(qū)小、エ藝可控性強以及高速快捷等特點，它是制備復(fù)合涂層的一種有效方法。采用激光輻照可以制備與基板冶金結(jié)合良好的原位自生復(fù)合涂層，原位自生的增強體在基體涂層中反應(yīng)生成，該增強體與涂層基體相容性好，可以提高材料表面的硬度、耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性以及抗疲勞性等，從而提高工件的服役壽命，已經(jīng)成為新型復(fù)合涂層的發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種激光輻照原位自生Al-Fe-Si三元陶瓷/Fe復(fù)合涂層的制備方法，采用該方法制備的復(fù)合涂層與基體材料間冶金結(jié)合非常牢固，不易剝落；熔覆層表面平整，內(nèi)部無裂紋、氣孔；復(fù)合涂層表面的硬度和耐磨性提高顯著。本發(fā)明是按照以下步驟來實現(xiàn)的一種激光輻照原位自生Al-Fe-Si三元陶瓷/Fe復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于按照以下步驟進行對基板表面進行前處理，主要包括對基板進行粗化處理，去除表面的氧化物和銹潰，使基板容易與涂層形成牢固的結(jié)合；將粗化后的基板用有機溶劑清洗表面，然后用吹風機吹干或自然風干；將一定粒度大小的Fe粉、Al粉和Si粉按一定比例放入混料機里充分混合，然后將混合好的Fe-Al-Si粉末在氬氣或者氦氣的保護下，使用激光器在合適的エ藝參數(shù)下進行掃描輻照，形成原位自生Al-Fe-Si三元陶瓷/Fe復(fù)合涂層，涂層與基板冶金結(jié)合。進行所述的步驟時，F(xiàn)e粉、Al粉和Si粉的粒度大小為300目 100目，F(xiàn)e粉、Al粉和Si粉的質(zhì)量比例為6 :1 :3 18 1 :3。進行所述的步驟時，使用氬氣或氦氣氣體保護，激光光斑直徑為O. 5 4mm，功率1000W 2500W，掃描速度200 600mm/min。
進行所述的步驟時，最后形成Al-Fe-Si三元陶瓷/Fe復(fù)合涂層。在進行所述的步驟時，粗化處理可以是噴砂或者用砂紙打磨表面。有機溶劑可以采用丙酮或者無水こ醇。本發(fā)明的原理是利用激光快速加熱和快速冷卻的作用，通過涂層成分的科學(xué)設(shè)計以及優(yōu)化激光熔覆過程的エ藝參數(shù)，選取最佳的涂層成分和エ藝參數(shù)，在涂層中原位制備性能最優(yōu)的涂層。本發(fā)明的優(yōu)點(1)采用該方法制備的涂層與基體的冶金結(jié)合非常牢固，不易剝落；涂層表面平整，內(nèi)部無裂紋、氣孔缺陷；(2)激光是一種清潔能源，對環(huán)境沒有污染；激光能量和掃描速度可精確控制，制備エ藝簡單、緑色清潔環(huán)保，利于實現(xiàn)エ業(yè)生產(chǎn)自動化；
(3)采用該方法制備的原位自生Al-Fe-Si三元陶瓷/Fe復(fù)合涂層基體與原位自生增強體Fe-Al-Si三元陶瓷增強體之間相容性好，復(fù)合涂層界面清潔，復(fù)合涂層性能優(yōu)異。其硬度是基板的4倍，耐磨性提高到3. 5倍。本發(fā)明是提高材料表面硬度及耐磨性的有效手段，具有良好的應(yīng)用前景和經(jīng)濟意義。


圖I為本發(fā)明實例I的復(fù)合涂層微觀結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明實例2的熔覆層物相分析的XRD分析圖譜。圖3為本發(fā)明實例I、實例2和實例3制備的復(fù)合涂層硬度。圖4為本發(fā)明實例I、實例2和實例3制備的復(fù)合涂層相對耐磨性。
具體實施例方式實施例I
首先用噴砂機對基板Q235鋼的表面進行噴砂處理，去除表面的銹層和氧化物，得到了表面粗糙度較大的表面；將粗化后的Q235鋼用丙酮溶液清洗表面，至表面清潔無油污等；然后自然風干備用。將200目的Fe粉、200目的Al粉和200目的Si粉以6 :1 :3的比例放入混料機中混合3h，使Fe粉、Al粉和Si粉充分混合均勻制備成Fe-Al-Si復(fù)合粉末。將Q235鋼放在激光器的工作臺上，在基板上設(shè)置預(yù)制復(fù)合粉體，用激光進行輻照掃描，激光的エ藝參數(shù)為激光功率為1600W，掃描速度為400mm/min，光斑直徑為4mm。實施例2
首先用噴砂機對基板Q235鋼的表面進行噴砂處理，去除表面的銹層和氧化物，得到了表面粗糙度較大的表面；將粗化后的Q235鋼用丙酮溶液清洗表面，至表面清潔無油污等；然后自然風干備用。將200目的Fe粉、200目的Al粉和200目的Si粉以8 :1 :1的比例放入混料機中混合3h，使Fe粉、Al粉和Si粉充分混合均勻制備成Fe-Al-Si復(fù)合粉末。將Q235鋼放在激光器的工作臺上，在基板上設(shè)置預(yù)制復(fù)合粉體，用激光進行輻照掃描，激光的エ藝參數(shù)為激光功率為1600W，掃描速度為400mm/min，光斑直徑為4mm。實施例3
首先用噴砂機對基板Q235鋼的表面進行噴砂處理，去除表面的銹層和氧化物，得到了表面粗糙度較大的表面；將粗化后的Q235鋼用丙酮溶液清洗表面，至表面清潔無油污等；然后自然風干備用。將200目的Fe粉、200目的Al粉和200目的Si粉以7 1 2的比例放入混料機中混合3h，使Fe粉、Al粉和Si粉充分混合均勻制備成Fe-Al-Si復(fù)合粉末。將Q235鋼放在激光器的工作臺上，在基板上設(shè)置預(yù)制復(fù)合粉體，用激光進行輻照掃描，激光的エ藝參數(shù)為激光功率為1600W，掃描速度為400mm/min，光斑直徑為4mm。圖I為實例I制備出的復(fù)合涂層的微觀結(jié)構(gòu)，從圖中可以看出涂層表面平整且無宏觀裂紋、氣孔缺陷，涂層晶粒均勻細小，復(fù)合優(yōu)良涂層特征。圖2為實例2制備的復(fù)合涂層的XRD成分圖，從圖中可以看出，涂層主要由Fe基體和原位生成的Al2Fe3Si4三元陶瓷增強體構(gòu)成。 圖3為實例I、實例2和實例3獲得的復(fù)合涂層的硬度曲線圖，從圖中可以看出三種實例制備的涂層硬度都大幅度提高，其中實例2中的涂層硬度最高，其硬度值達到了556HV，約為基板材料的4倍。、圖4為實例I、實例2和實例3獲得的復(fù)合涂層的相對耐磨性曲線圖，從圖中可以看出三種實例制備的涂層相對耐磨性都相應(yīng)提高，其中實例2中的涂層相對耐磨性最高，達到了 4倍，約為基板材料的3. 5倍，證明激光輻照技術(shù)原位制備的Fe-Al-Si三元陶瓷/Fe復(fù)合涂層具有良好的耐磨性?？傊?，按本發(fā)明方法制備的Fe-Al-Si三元陶瓷/Fe復(fù)合涂層的增強體與基體界面清潔，相容性好；其性能優(yōu)異，壽命長；生產(chǎn)エ藝簡單、緑色清潔環(huán)保，利于實現(xiàn)エ業(yè)生產(chǎn)自動化。
權(quán)利要求
1.一種激光輻照原位自生Al-Fe-Si三元陶瓷/Fe復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于按照以下步驟進行對基板表面進行前處理，主要包括對基板進行粗化處理，去除表面的氧化物和銹潰，使基板容易與涂層形成牢固的結(jié)合；將粗化后的基板用有機溶劑清洗表面，然后用吹風機吹干或自然風干；將一定粒度大小的Fe粉、Al粉和Si粉按一定比例放入混料機里充分混合，然后將混合好的Fe-Al-Si粉末在氬氣或者氦氣的保護下，使用激光器在合適的工藝參數(shù)下進行掃描輻照，形成原位自生Al-Fe-Si三元陶瓷/Fe復(fù)合涂層，涂層與基板冶金結(jié)合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種激光輻照原位自生Al-Fe-Si三元陶瓷/Fe復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于進行所述的步驟時，F(xiàn)e粉、Al粉和Si粉的粒度大小為300目 100目，F(xiàn)e粉、Al粉和Si粉的質(zhì)量比例為6 :1 :3 18 1 :3。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種激光輻照原位自生Al-Fe-Si三元陶瓷/Fe復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于進行所述的步驟時，使用氬氣或氦氣氣體保護，激光光斑直徑為0.5 4mm，功率1000W 2500W，掃描速度200 600mm/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種激光輻照原位自生Al-Fe-Si三元陶瓷/Fe復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于進行所述的步驟時，最后形成Al-Fe-Si三元陶瓷/Fe復(fù)合涂層。
全文摘要
一種激光輻照原位自生Al-Fe-Si三元陶瓷/Fe復(fù)合涂層的制備方法，制備方法為在氬氣和氦氣的保護下，以Q235為基板，通過激光束輻照Al、Si和Fe復(fù)合粉末與基板，形成Al-Fe-Si三元陶瓷/Fe復(fù)合涂層。復(fù)合粉末中Fe、Al、Si的配比為613～1813，激光光斑直徑為0.5～4mm，功率1000W~2500W，掃描速度200～600mm/min。本發(fā)明的優(yōu)點是采用該方法制備的涂層與基體的冶金結(jié)合非常牢固，不易剝落，涂層表面平整，內(nèi)部無裂紋、氣孔缺陷。
文檔編號C23C24/10GK102660738SQ20121015190
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)明者吳文妮, 張堅, 李德英, 趙明娟, 趙龍志 申請人:華東交通大學(xué)