一種激光熔覆用合金粉末及激光熔覆該粉末的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及激光表面強化技術領域，尤其涉及一種激光熔覆用合金粉末材料及激光熔覆該粉末的方法。
【背景技術】
[0002]激光熔覆是一種先進的表面改性技術，它是利用高能激光束使添加在表面的金屬基材料及基材的表面薄層熔化，形成具有特殊功能及低稀釋率并且與基材結合為冶金結合的涂層，從而在金屬工件表面獲得具有耐磨、耐腐蝕、抗氧化和耐高溫等優(yōu)異性能的技術。激光熔覆可以在低成本的材料上制備高性能的涂層，所以它可以降低能耗，節(jié)約成本。激光熔覆形成的是冶金結合，與常規(guī)的表面涂覆強化工藝相比，激光熔覆具有以下顯著特點:
1.熔覆層具有組織致密、晶粒細化等典型快速凝固特征；
2.熱輸入和畸變較小，涂層稀釋率低；
3.能進行選區(qū)熔覆，材料消耗少，具有卓越的性能價格比；
4.激光束可以瞄準難以接近的區(qū)域進行熔覆；
5.工藝過程易于實現(xiàn)自動化。
[0003]近年來，隨著材料科學、計算機技術與數(shù)控技術的飛速發(fā)展，激光熔覆所具備的優(yōu)勢及特點使得該技術在零件修復、梯度功能材料制備以及零件的三維打印直接成形等方面顯示出了巨大的應用潛力。
[0004]自熔性合金粉末和金屬陶瓷粉末組成的復合粉末，可借助激光熔覆技術制備出陶瓷顆粒增強金屬基復合涂層，復合涂層將金屬的強韌性、良好的工藝性和陶瓷材料優(yōu)異的耐磨、耐腐蝕、耐高溫和抗氧化特性結合起來。熔覆復合粉末是目前激光熔覆技術領域的研宄熱點。TiC具有高硬度、高模量、高熔點、熱力學穩(wěn)定等特點、因而被廣泛用作復合材料的增強相。

【發(fā)明內容】

[0005](一)要解決的技術問題。
[0006]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足而提供一種激光熔覆用合金粉末及應用其的激光熔覆方法，以提高被處理工件表面的硬度。
[0007](二)技術方案。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種激光熔覆用合金粉末，其按質量百分比由23%~30%的TiC、l%~2%的游離C和余量的Ni60組成。
[0009]優(yōu)選地，所述Ni60 按質量百分比 0.6%~1.0% 的 C、14%~17% 的 Cr、2.5%~4.5% 的 B、3%~4.5%的S1、12%~15%的Fe和余量的Ni組成。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種應用上述激光熔覆用合金粉末的激光熔覆方法，該方法包括:激光器的激光頭對準待熔覆工件表面；利用同軸載氣送粉裝置向所述激光頭對準的工件表面均勻送入所述激光熔覆用合金粉末；所述激光器射出激光束輻照于所述熔覆表面并熔化所述激光熔覆用合金粉末，使所述激光熔覆粉末形成熔滴并按預定軌跡連續(xù)熔覆于所述待熔覆工件表面，形成熔覆涂層；所述激光頭在預設范圍的工件表面掃描，完成該預設范圍工件表面的連續(xù)熔覆。
[0011](三)有益效果。
[0012]從上述技術方案可以看出，本發(fā)明激光熔覆用合金粉末及激光熔覆該粉末的方法具有以下有益效果:
(1)本發(fā)明激光熔覆用合金粉末中含有較高含量的C、S1、B等元素，可以有效提高熔覆層硬度，獲得的熔覆層硬度可達HRC50以上；
(2)本發(fā)明激光熔覆用合金粉末中含有較高含量的N1、Cr元素，可以有效的提高熔覆層的耐腐性；
(3)本發(fā)明激光熔覆用合金粉末元素配比及熔覆工藝得當，獲得的涂層成形良好、無裂紋且與基體形成良好的冶金結合。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的激光熔覆合金粉末的方法的步驟流程圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0015]實施例1。
[0016]本實施例的激光熔覆用合金粉末按質量百分比由30%的TiC、2%的游離C和68%的Ni60組成，其中Ni60按質量分數(shù)由1%的C、14%的Cr、3%的B、4%的S1、14%的Fe和64%的Ni組成。
[0017]實施例2。
[0018]本實施例的激光熔覆合金粉末按質量百分比由28%的TiC、l%的游離C和71%的Ν?60組成，其中Ni60按質量分數(shù)由1%的C、15%的Cr、4.5%的B、4.5%的S1、12%的Fe和63%的Ni組成。
[0019]實施例3。
[0020]本實施例的激光熔覆合金粉末按質量百分比由25%的TiC、2%的游離C和73%的Ν?60組成，其中Ni60按質量分數(shù)由2%的C、16%的Cr、3%的B、3%的S1、13%的Fe和63%的Ni組成。
[0021]所述激光熔覆用合金粉末中添加的元素都有各自的作用，Ni可以溶解很多的合金元素，而且能保持較好的組織穩(wěn)定性，它可以形成共格有序的金屬間化合物，使熔覆層具有更高的高溫強度；Cr元素有固溶強化和鈍化作用，它能提高耐腐蝕性能和抗高溫氧化性能，多余的Cr容易與C、B形成硬質相，從而可以提高熔覆層的硬度和耐磨性；少量的Si和B元素具有脫氧還原和造渣功能，對熔覆層有硬化強化作用；TiC是熔覆層的主要硬質相，能顯著提高熔覆層的硬度和耐磨性；微量的游離碳可以細化晶粒，減少熔覆層的氣孔和裂紋，對熔覆層的整體性能有很大的提高。
[0022]本發(fā)明實施例的激光熔覆所述合金粉末的方法的具體內容為。
[0023]步驟A，激光器的激光頭對準工件的表面。
[0024]激光器可選用半導體泵浦固體激光器、CO2激光器以及半導體激光器。
[0025]步驟B，向激光頭對準的工件表面均勻送入激光熔覆用合金粉末。
[0026]激光熔覆用合金粉末送出前預熱至120°C保溫2-4小時，進行烘干處理。
[0027]合金粉末可選用同步側向或同步同軸送粉方式送出。同步側向送粉時，送粉方向、激光入射方向、工件的相對運動方向在同一平面內。同軸送粉時，送粉方向與激光入射方向相同。
[0028]根據(jù)掃描速度調整送粉量，保持送粉量/掃描速度基本保持不變，從而保證形成良好的熔覆涂層，使單層熔覆厚度維持在0.5mm?Imm之間，如此可以抑制涂層裂紋、氣孔等缺陷的形成。優(yōu)選地，激光掃描速度為120?300mm/min，合金粉末的送出速度為20?40g/mino
[0029]步驟C，激光器發(fā)出激光熔化上述激光熔覆用合金粉末，在工件的表面形成熔覆涂層O
[0030]激光器輸出功率需要大于3000W。當激光功率增大時，可適當增大激光掃描速度與離焦量，保證功率/光斑面積與功率/掃描速度保持穩(wěn)定。優(yōu)選地，激光器的功率介于3000W?6000W之間，激光光斑為直徑3mm?5mm的圓斑。
[0031]步驟D，激光頭在預設范圍的工件表面掃描，實現(xiàn)該預設范圍工件表面的連續(xù)熔覆。
[0032]當工件為圓柱形時:首先應當使工件沿X軸旋轉，而后再令激光頭沿X軸運動掃描工件的表面，其中，X軸為工件長度的方向。
[0033]當工件為平板形時:激光頭沿X軸運動到指定長度，激光關閉，激光頭運動到下一個起始點，繼續(xù)發(fā)射激光掃描工件，激光一次掃描形成的涂層為單道熔覆涂層，其中，X軸為平行于工件的方向。掃描路徑為并排平行的線段。
[0034]優(yōu)選地，當前道次熔覆涂層會覆蓋部分前道涂層，形成搭接。搭接率為30%。
[0035]此外，上述對各元件、方法的定義并不僅限于實施方式中提到的各種具體結構、形狀或方法，本領域的普通技術人員可對其進行簡單地熟知地替換，例如:本發(fā)明的激光熔覆用合金粉末也可用于其它形狀金屬基體的激光熔覆。
[0036]綜上所述，本發(fā)明提供一種激光熔覆用合金粉末及應用其的激光熔覆方法。利用本發(fā)明的激光熔覆用合金粉末進行熔覆所獲得的立柱具有良好的成形性，涂層不易產生裂紋缺陷，能與金屬基體形成良好的冶金結合，具有較高的硬度及耐腐蝕性能，尤其是，涂層硬度可達HRC50以上，具有良好的應用前景。
[0037]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種激光熔覆用合金粉末，其特征在于，其按質量百分比由23%~30%的TiC、1%~2%的游離C和余量的Ni60組成。
2.根據(jù)權利要求1所述的激光熔覆用合金粉末，其特征在于，所述Ni60按質量百分比由 0.6%~1.0% 的 C、14%~17% 的 Cr、2.5%~4.5% 的 Β、3%~4.5% 的 S1、12%~15% 的 Fe 和余量的Ni組成。
3.根據(jù)權利要求1所述的激光熔覆用合金粉末，其特征在于，其粒度介于-140?+320目之間。
4.根據(jù)權利要求1中所述激光熔覆用合金粉末的激光熔覆方法，其特征在于，滿足以下步驟: 激光器的激光頭對準待熔覆工件表面； 利用同軸載氣送粉裝置向所述激光頭對準的工件表面均勻送入所述激光熔覆用合金粉末； 所述激光器射出激光束輻照于所述熔覆表面并熔化所述激光熔覆用合金粉末，使所述激光熔覆粉末形成熔滴并按預定軌跡連續(xù)熔覆于所述待熔覆工件表面，形成熔覆涂層； 所述激光頭在預設范圍的工件表面掃描，完成該預設范圍工件表面的連續(xù)熔覆。
5.根據(jù)權利要求4所述的激光熔覆方法，其特征在于，所述向激光頭對準的工件表面均勻送入所述激光熔覆用合金粉末的步驟中，送入合金粉末的量滿足單層熔覆厚度介于0.5mm?Imm之間。
6.根據(jù)權利要求4所述的激光熔覆方法，其特征在于，激光掃描速度為120?300mm/min，所述激光恪覆用合金粉末的送粉速率為20?40g/min。
7.根據(jù)權利要求4所述的激光熔覆方法，其特征在于，所述激光器功率大于3000W，激光光斑為直徑3mm?5mm的圓斑。
8.根據(jù)權利要求4所述的激光熔覆方法，其特征在于，所述激光熔覆過程中對熔覆層的保護氣體為氬氣。
9.根據(jù)權利要求4所述的激光熔覆方法，其特征在于，所述向激光頭對準的工件表面均勻送入所述激光熔覆用合金粉末的步驟之前還包括: 將所述激光熔覆用合金粉末預熱至120°C保溫2-4小時，進行烘干處理； 將所述工件表面進行除油、除銹及預熱處理。
【專利摘要】本發(fā)明涉及激光表面處理技術領域，具體公開了一種激光熔覆用合金粉末及激光熔覆該合金粉末的方法。該激光熔覆用合金粉末重量百分比組成如下：TiC：23%~30%、游離C：1%~2%，余量為Ni60。本發(fā)明激光熔覆用合金粉末中含有較高含量的C、Si、B等元素，使熔覆層具有耐高溫能力強、耐磨性強、硬度高、組織致密、晶粒細化、氣孔和裂紋少等優(yōu)點；本發(fā)明激光熔覆該粉末的方法可大幅提高工件的工作可靠性，有效降低生產成本。
【IPC分類】B22F1-00, C23C24-10, C22C19-03
【公開號】CN104878382
【申請?zhí)枴緾N201510276462
【發(fā)明人】單忠德, 孫福臻, 劉陽, 劉豐, 王化喬
【申請人】機械科學研究總院先進制造技術研究中心
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月27日