本發(fā)明屬于材料科學與表面工程技術領域，特別涉及一種激光熔覆纖維增強金屬基復合涂層的專用粉末。

技術背景

纖維增強復合材料因具備高強度、高模量、低密度、耐高溫、導熱率低及耐機械振動等特性，在航空、航天和耐磨耐腐蝕等領域具備廣泛的應用前景。但是以樹脂為基的纖維復合材料使用溫度有很大的局限，環(huán)氧樹脂一般不超過200℃，聚酰亞胺不超過350℃，即使在較低溫度下，樹脂基的彈性模量和強度也不高高，而且在大的負荷應力下容易開裂。

纖維增強金屬基復合材料能很好地解決這個問題，可以得到更高溫度下使用的高比強度和高比剛度材料。尤其是纖維增強金屬基復合材料在其纖維方向具有較高的強度和模量，在構件受力狀況確定的條件下更能發(fā)揮其定向優(yōu)勢。

常用的纖維增強金屬基復合材料制備方法包括粉末冶金法、真空壓力浸滲法、擠壓鑄造法等，粉末冶金法是預先將短纖維與金屬粉末制成漿狀并混合，經成型干燥熱壓燒結成型，該法較為復雜，不適宜制備大尺寸零件，成本很高；真空壓力浸滲法，將增強相制成預制體，放入承壓鑄型內，加熱、抽真空，通過真空產生的負壓，使液態(tài)基體金屬熔體浸滲到預制體中并凝固成形，該法設備復雜，工藝周期長，成本較高，適用于制備要求較高的小型零件；擠壓鑄造是將增強材料制成預制件，放入壓型，用壓機將液態(tài)金屬壓入凝固后得到成型件，其擠壓鑄造力大，一般在70-100MPa，所制成預制件必須有很高強度，同時需保證預制件的空隙度。對于采用激光熔覆技術制備纖維增強金屬基復合材料技術國內外研究較少。激光熔覆技術是近幾十年發(fā)展起來的先進綠色再制造技術，它能在低廉的基體表面制備高性能涂層，已達到基材表面改性或修復的目的。但是在激光熔覆制備纖維增強金屬基復合材料過程中，纖維容易發(fā)生燒蝕或結合不良等現象，同時由于纖維材料很難在涂層分布均勻，造成復合材料拉伸性能、硬度及耐磨性不高等問題。

技術實現要素：

針對以上問題，本發(fā)明提供一種激光熔覆纖維增強金屬基復合涂層的專用粉末。

本發(fā)明具體方法和步驟為：首先在直徑為0.2～10μm的纖維表面鍍上一層厚度為50～100μm的Ni層，形成芯-殼結構，既減少激光直接照射在纖維的能量，保證纖維自身性能，又可以增加纖維與熔覆粉末的潤濕性；通過專用的纖維編織模板，將鍍有Ni層的纖維編織成預先設計的網狀結構(平行或交叉)，使編制好的纖維網嵌入基材表面預先加工好的凹槽中(V型槽或U型槽)，同時鋪上合金粉末，厚度為1.5mm，粉末粒徑為20～40μm；其中，合金粉末為Ni基合金、Fe基合金或Al基合金，Ni基合金粉末的化學成分為：C0.2wt％，Si2.2wt％，B1.0wt％，Li3.0wt％，Fe8.0wt％，Cr2.8wt％，余量為Ni；Fe基合金粉末的化學成分為：C0.02wt％，Si0.7wt％，Ni9.2wt％，Y2.2wt％，Mo2.1wt％，Cr17wt％，Mn0.2wt％，余量為Fe；Al基合金粉末的化學成分為：Zn6.2wt％，Mg2.25wt％，Cu2.3wt％，Zr0.1wt％，Si0.12wt％，Fe0.15wt％，Al₂O₃6.2wt％，余量為Al。這樣構成的激光熔覆纖維增強金屬基復合材料專用粉末，不僅可以保證纖維在涂層中均勻分布、纖維之間尺寸可控，而且可以最大程度保證纖維自身的完整性，提高涂層耐磨性、抗拉性及延長性等。

本發(fā)明特征在于：編織模板是表面均勻分布有群孔的304不銹鋼板，尺寸為10×10×1cm³，針對鍍Ni層纖維直徑為50.2～110μm，將編織模板分為三組：第一組模板①群孔孔徑為65.1μm，孔間距為80～300μm；第二組模板②群孔孔徑為80.1μm，孔間距為100～300μm；第三組模板③群孔孔徑為110.1μm，孔間距為150～300μm；每組模板由兩個相同編織模板構成；當鍍Ni層纖維直徑為50.1～65μm時，選用模板①；當纖維直徑為65.001～80μm時，選用模板②；當纖維直徑為80.001～110μm時，選用模板③。

與現有的技術相比，本發(fā)明提供的一種激光熔覆纖維增強金屬基復合涂層的專用粉末具有以下優(yōu)點：

(1)良好的工藝相容性：本發(fā)明的專用粉末在制備過程中經過了化學鍍鎳處理，即在纖維外表面包裹了一層鎳，形成了芯-殼結構，可以有效提高纖維在激光熔覆過程中的抗高溫氧化性能，保證自身良好的性能，同時與涂層形成良好的冶金結合。

(2)纖維強化相的分布均勻性：通過一組編織模板預先將纖維強化相編織成均勻分布的網狀結構，使本發(fā)明提供的專用粉末，經激光熔覆技術處理后，能得到纖維強化相均勻分布的復合涂層，而且纖維之間距離可根據實際情況進行調節(jié)。

(3)具有較好的耐磨、抗拉及延長性能：由于復合涂層中纖維性能得到很好地保護，熔覆層耐磨性是GCr15的3～8倍、抗拉強度900～1150MPa、延伸長20～25％。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明的結構示意圖。

具體實施方式

實施例1

如圖1所示，本發(fā)明涉及一種激光熔覆纖維增強金屬基復合涂層的專用粉末，它包括：一對編織模板1和1′、經過外表面鍍Ni處理的碳纖維2和表面預先加工有1.45(深)mm×2.5(寬)mm V槽的基材3及Ni基粉末4。其中，Ni基合金粉末的化學成分為：C0.2wt％，Si2.2wt％，B1.0wt％，Li3.0wt％，Fe8.0wt％，Cr2.8wt％，余量為Ni。針對鍍Ni層碳纖維2直徑為60μm，選擇第一組模板①作為編織模板1和1′，其尺寸為10×10×1cm³，孔徑為65.1μm，孔間距為90μm。在編織纖維時可選擇模板上相鄰兩孔，也可以根據纖維分布稠密情況選擇不相鄰兩孔，從而實現纖維之間距離可控。

將鍍Ni層碳纖維2，通過編織模板1和1′編織成平行狀的V型結構，尺寸為1.45(深)mm×2.5(寬)mm，安置在基材3兩側，使碳纖維網2正好嵌入基材3表面的V槽中，同時在V槽中鋪上一層Ni基合金粉末4，預置層厚度為1.5mm，粉末粒徑為20～40μm，共同構成本發(fā)明所述的激光熔覆纖維增強金屬基復合材料專用粉末。

實施例2

如圖2所示，本發(fā)明涉及一種激光熔覆纖維增強金屬基復合涂層的專用粉末，它包括：一對編織模板1和1′、經過外表面鍍Ni處理的玻璃纖維2和表面預先加工有1.45(深)mm×3.5(寬)mm U槽的基材3′及Fe基粉末4。其中，Fe基合金粉末的化學成分為：C0.02wt％，Si0.7wt％，Ni9.2wt％，Y2.2wt％，Mo2.1wt％，Cr17wt％，Mn0.2wt％，余量為Fe。針對鍍Ni層玻璃纖維2直徑為70μm，選擇第二組模板②作為編織模板1和1′，其尺寸為10×10×1cm³，孔徑為80.1μm，孔間距為150μm。在編織纖維時可選擇模板上相鄰兩孔，也可以根據纖維分布稠密情況選擇不相鄰兩孔，從而實現纖維之間距離可控。

將鍍Ni層玻璃纖維2，通過編織模板1和1′編織成平行狀的U型結構，尺寸為1.45(深)mm×3.5(寬)mm，安置在基材3′兩側，使玻璃纖維網2正好嵌入基材3′表面的U槽中，同時在U槽中鋪上一層Fe基合金粉末4，預置層厚度為1.5mm，粉末粒徑為20～40μm，共同構成本發(fā)明所述的激光熔覆纖維增強金屬基復合材料專用粉末。

實施例3

如圖1所示，本發(fā)明涉及一種激光熔覆纖維增強金屬基復合涂層的專用粉末，它包括：一對編織模板1和1′、經過外表面鍍Ni處理的石英纖維2和表面預先加工有1.45(深)mm×2.8(寬)mm V槽的基材3及Al基粉末4。其中，Al基合金粉末的化學成分為：Zn6.2wt％，Mg2.25wt％，Cu2.3wt％，Zr0.1wt％，Si0.12wt％，Fe0.15wt％，Al₂O₃6.2wt％，余量為Al。針對鍍Ni層石英纖維2直徑為110μm，選擇第三組模板③作為編織模板1和1′，其尺寸為10×10×1cm³，孔徑為110.1μm，孔間距為300μm。在編織纖維時可選擇模板上相鄰兩孔，也可以根據纖維分布稠密情況選擇不相鄰兩孔，從而實現纖維之間距離可控。

將鍍Ni層石英纖維2，通過編織模板1和1′編織成平行狀的V型結構，尺寸為1.45(深)mm×2.8(寬)mm，安置在基材3兩側，使石英纖維網2正好嵌入基材3表面的V槽中，同時在V槽中鋪上一層Al基合金粉末4，預置層厚度為1.5mm，粉末粒徑為20～40μm，共同構成本發(fā)明所述的激光熔覆纖維增強金屬基復合材料專用粉末。