本發(fā)明屬于激光熔覆金屬陶瓷復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光纖激光熔覆鎳基鎳包碳化鎢熔覆涂層的制備方法。

背景技術(shù)：

激光熔覆技術(shù)興起于20世紀(jì)80年代，是一種先進(jìn)的表面改進(jìn)技術(shù)，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于制備金屬間化合物基復(fù)合涂層。其原理是利用高能密度激光束所產(chǎn)生的局部高溫將兩種或兩種以上金屬界面瞬間熔化，熔覆材料與基體實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，形成與基體成分不同的熔覆層，以改善材料性能。與堆焊、熱噴涂等技術(shù)相比，它具有諸多優(yōu)點(diǎn)：如熔覆層硬度高、耐磨性好、工件變形小、熔覆層質(zhì)量穩(wěn)定、冷卻速度快、污染小、穩(wěn)定性高等。目前激光熔覆已在汽車工業(yè)、航空航天、海洋及石油化工等多種領(lǐng)域中得到了廣泛使用。因而，它具有廣闊的市場前景。

熔覆材料：目前廣泛應(yīng)用的熔覆材料主要有：鎳基、鐵基、鈷基、碳化物復(fù)合材料等，在金屬粉末中，鎳基自熔性合金與鋼鐵之間各項(xiàng)物理指標(biāo)都較為匹配，具有良好的相容性，且鎳基合金還具有良好的耐磨性、耐蝕性和高溫力學(xué)性能。因此它也是應(yīng)用最多的自熔性合金粉末。

鎳包碳化鎢：鎳包WC是由鎳包覆層和芯部的碳化鎢顆粒組成，碳化鎢是一種硬度極高的碳化物陶瓷相，它不僅具有良好的金屬特性，低的熱膨脹系數(shù)以及良好的耐磨性，而且其韌性也是陶瓷材料中較好的，因此常被用作金屬基復(fù)合涂層的強(qiáng)化相。其表層的鎳包覆層有助于提高碳化鎢與合金溶液的潤濕性，同時，也可以盡量減少碳化鎢在激光熔覆過程中的氧化和分解。

激光器：目前工業(yè)中用于加工制造的激光器以第一代激光器(CO₂和YAG激光器)為主。近年來，第三代激光器：光纖激光器，發(fā)展迅速。光纖激光器相比前兩代激光器具有許多優(yōu)點(diǎn)：光纖激光器結(jié)構(gòu)緊湊，制造成本低；光纖激光器具有高的電光轉(zhuǎn)換效率，大幅度減少工作時的耗電，運(yùn)行成本低；光纖激光器的諧振腔內(nèi)無光學(xué)鏡片，免調(diào)節(jié)、免維護(hù)、穩(wěn)定性高；隨著波長的減少，金屬材料對激光的吸收率增大，光纖激光波長約為CO₂激光的十分之一，由于波長較短，材料對激光的吸收率高；光纖激光采用光導(dǎo)纖維傳遞激光能量，便于實(shí)現(xiàn)柔性制造等。

隨著科技的不斷發(fā)展，激光熔覆鎳基陶瓷復(fù)合涂層得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注和研究(CN104046982B，CN103447485A)，但其熔覆后熔覆層出現(xiàn)的裂紋、氣孔等缺陷導(dǎo)致的熔覆層組織不均勻、結(jié)合強(qiáng)度降低、硬度下降等問題一直存在，從而限制了它在工業(yè)上的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。目前，研究的熔覆涂層一般都是使用二氧化碳激光器制備的，對于光纖激光器制備的熔覆涂層的研究相對較少；在預(yù)置粉末期間，一般采用的烘干溫度相對較高，對低溫烘干的研究較少，溫度過高會存在粉末氧化的可能性，進(jìn)而對熔覆層性能存在一定的影響；此外，對于熔覆粉末中添加的碳化鎢，大部分的研究為非包覆型，而包覆型的研究相對較少，包覆型的碳化鎢具有較好的潤濕性，可有效減少碳化鎢的氧化分解。因此找到一種比較完善的進(jìn)行激光熔覆鎳基鎳包碳化鎢熔覆涂層的方法十分重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中熔覆層出現(xiàn)的裂紋、氣孔等缺陷導(dǎo)致的熔覆層組織不均勻、結(jié)合強(qiáng)度降低、硬度下降等問題，提供一種光纖激光熔覆鎳基鎳包碳化鎢熔覆涂層的制備方法；通過采用光纖激光器，低溫烘干預(yù)置層，在鎳基粉末中加入一定量的鎳包碳化鎢粉末的方法，提高了熔覆層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，提高了熔覆層的硬度且獲得組織均勻致密、少裂紋、氣孔缺陷的熔覆層。

本發(fā)明提供一種光纖激光熔覆鎳基鎳包碳化鎢熔覆涂層的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：選用45鋼為激光熔覆基體，先用丙酮溶液清除基體表面的銹跡或油污，再用酒精擦拭干凈；

步驟二：將鎳包碳化鎢與Ni45鎳基自熔性合金粉末混合均勻得混合粉末；

步驟三：采用預(yù)置法，將混合粉末預(yù)置粘結(jié)于45鋼基體表面，粉末厚度為1mm，置于烘箱中烘干；

步驟四：使用光纖激光器進(jìn)行激光熔覆，其中光斑直徑4mm，掃描速度12～16mm/s；激光功率為1600～2000w，優(yōu)選為2000w；采用氬氣保護(hù)。

優(yōu)選的，按重量百分比計(jì)算，步驟二中鎳包碳化鎢含20％，Ni45鎳基自熔性合金粉末含80％。

優(yōu)選的，步驟二中的鎳包碳化鎢按質(zhì)量百分比由88％WC和12％Ni的組成，Ni45鎳基自熔性合金粉末按質(zhì)量百分比由13％Cr、2.5％B、3％Si、10％Fe和余量的Ni組成；

優(yōu)選的，步驟二中所述鎳包碳化鎢、Ni45鎳基自熔性合金粉末粒度均介于-140～+325目；

優(yōu)選的，步驟三中以60℃將粉末烘干1～2h。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、光纖激光熔覆能量高、穩(wěn)定性好，可制備出組織均勻致密且少裂紋、氣孔缺陷的激光熔覆層；

2、鎳基自熔性合金與鋼鐵之間各項(xiàng)物理指標(biāo)都較為匹配，具有良好的相容性，且鎳基合金還具有良好的耐磨性、耐蝕性和高溫力學(xué)性能；

3、鎳包碳化鎢與碳化鎢的區(qū)別在于，前者屬于包覆型粉末，后者屬于非包覆型粉末。包覆型粉末的芯核粉末受到包覆層的保護(hù)，在涂層制備工藝過程中可避免或減少發(fā)生元素的氧化燒損和熱分解等現(xiàn)象，保持芯核顆粒的幾何形狀和晶體結(jié)構(gòu)，從而獲得高質(zhì)量的涂層。本發(fā)明采用包覆型的鎳包碳化鎢，從實(shí)施例中可以看出，激光熔覆鎳包碳化鎢比激光熔覆碳化鎢更有助于減少碳化鎢在熔覆層中的氧化分解，進(jìn)而提高熔覆層性能；

4、本發(fā)明采用烘箱低溫烘干粉末的方法，目前大多數(shù)研究均采用高于100℃烘箱烘干粉末，相比于高溫烘干粉末，低溫烘干粉末可有效防止粉末的氧化分解，從實(shí)施例中也可看出低溫烘干粉末的方法得到的熔覆層氣孔和裂紋相對較少，因而性能也較好；

5、通過光纖激光熔覆的復(fù)合涂層，其硬度得到了顯著提高。當(dāng)鎳包碳化鎢為20％、激光功率分別為1600w、1800w、2000w時，其熔覆層硬度均約為基體45鋼的2～3倍，基材性能得到了顯著提高。

附圖說明：

圖1為實(shí)例1的激光熔覆層組織圖(60℃烘干條件)；

圖2為實(shí)例1的激光熔覆層組織圖(120℃烘干條件)；

圖3為實(shí)例2的激光熔覆層組織圖(為鎳包碳化鎢)；

圖4為實(shí)例2的激光熔覆層組織圖(為碳化鎢)；

圖5為實(shí)例3的激光熔覆層硬度分布曲線(激光功率為1600w)；

圖6為實(shí)例3的激光熔覆層硬度分布曲線(激光功率為1800w)；

圖7為實(shí)例3的激光熔覆層硬度分布曲線(激光功率為2000w)。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面結(jié)合具體實(shí)施方式，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明所用鎳包碳化鎢為北礦新材科技有限公司生產(chǎn)的型號為KF-56的鎳包碳化鎢復(fù)合粉末。

實(shí)施例1

(1)選用45鋼為激光熔覆基體，先用丙酮溶液清除基體表面的銹跡或油污，再用酒精擦拭干凈；

(2)將質(zhì)量百分比為20％的鎳包碳化鎢與80％的鎳45粉末混合均勻；

(3)采用預(yù)置法，將混合粉末預(yù)置粘結(jié)于45鋼基體表面，粉末厚度為1mm，置于烘箱中烘干(a.烘箱以60℃將粉末烘干1.5h、b.烘箱以120℃將粉末烘干1.5h)；

(4)使用光纖激光器進(jìn)行激光熔覆，其中光斑直徑4mm，掃描速度14mm/s。激光功率為1600w，采用氬氣保護(hù)。

圖1和圖2為實(shí)例1的激光熔覆層組織圖，其中烘箱以60℃將粉末烘干1.5h的熔覆層組織圖如圖1所示，烘箱以120℃將粉末烘干1.5h的熔覆層組織圖如圖2所示。由實(shí)施例1可以看出，低溫烘干粉末可有效減少熔覆層中氣孔的生成，對提高熔覆層質(zhì)量起到了很好的促進(jìn)作用。

實(shí)施例2

(1)選用45鋼為激光熔覆基體，先用丙酮溶液清除基體表面的銹跡或油污，再用酒精擦拭干凈；

(2)a.將質(zhì)量百分比為20％的鎳包碳化鎢與余量的鎳45粉末混合均勻，b.將質(zhì)量百分比為20％的碳化鎢與余量的鎳45粉末混合均勻；

(3)采用預(yù)置法，將混合粉末預(yù)置粘結(jié)于45鋼基體表面，粉末厚度為1mm，烘箱以60℃將粉末烘干1.5h；

(4)使用光纖激光器進(jìn)行激光熔覆，其中光斑直徑4mm，掃描速度12mm/s。激光功率為1800w，采用氬氣保護(hù)。

圖3和圖4為實(shí)例2的激光熔覆層組織圖，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％鎳包碳化鎢熔覆層的組織圖如圖3所示，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％碳化鎢熔覆層的組織圖如圖4所示。由實(shí)施例2可以看出，鎳包覆層能有效減少碳化鎢的氧化分解，并保持較好的幾何形狀。

實(shí)施例3

(1)選用45鋼為激光熔覆基體，先用丙酮溶液清除基體表面的銹跡或油污，再用酒精擦拭干凈；

(2)將質(zhì)量百分比為20％的鎳包碳化鎢與余量的鎳45粉末混合均勻；

(3)采用預(yù)置法，將混合粉末預(yù)置粘結(jié)于45基體表面，粉末厚度為1mm，烘箱以60℃將粉末烘干1.5h；

(4)使用光纖激光器進(jìn)行激光熔覆，其中光斑直徑4mm，掃描速度16mm/s。激光功率為a.1600w、b.1800w、c.2000w，采用氬氣保護(hù)。

圖5-7為激光熔覆層硬度分布曲線，激光功率為1600w的熔覆層顯微硬度分布曲線圖如圖5所示；激光功率為1800w的熔覆層顯微硬度分布曲線圖如圖6所示；激光功率為2000w的熔覆層顯微硬度分布曲線圖如圖7所示。從實(shí)施例3中可以看出，三種熔覆層顯微硬度均約為基體45鋼硬度的2～3倍，基體性能得到了顯著提高，但相對而言功率為2000w的熔覆層顯微硬度較高且變化幅度較小，性能也更加平穩(wěn)。

盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是應(yīng)該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明的實(shí)施方式做出各種改變、替換和變更。