[发明专利]一种大面积激光熔覆高硬度镍基合金材料的方法

说明书

技术领域：

本发明属于材料表面工程领域，特别是涉及一种应用激光熔覆技术在金属基体上大面积熔覆高硬度耐磨耐蚀镍基合金材料的方法。

背景技术：

材料表面处理是材料表面改性和新材料制备的重要手段，世界各国对此都十分重视。现代工业的发展对材料表面改性和优化的要求日益提高。国家863高技术计划从一开始就把发展材料表面处理新技术作为未来发展的一个重要领域。在众多的表面处理技术中，激光熔覆技术是一门新兴的先进的材料表面处理技术，并且随着该技术的不断完善发展，已愈加广泛地应用于现代加工制造业中，尤其在航天、冶金、电力、石化、汽车、军工等重要领域的应用愈加宽广，在产品的制造及再制造过程中发挥了重要作用。与传统表面处理技术如火焰(等离子)喷涂、堆焊、电镀等相比，激光熔覆技术具有涂层组织细化致密、基体热影响区和变形小，涂层与基体能够实现牢固的冶金结合，易于实现自动化控制，涂层成形美观可控等优点。激光熔覆技术涉及激光加工工艺、金属材料科学、程序编制模拟、机械加工及加工控制方法(如加工顺序、热处理等)等方面的内容，所涉及的各个方面必须科学合理、有序协调地统一在一起才能达到理想的熔覆效果，不然便会导致熔覆层开裂、气孔、夹杂、咬边等质量缺陷的产生，甚至使工件报废，发生停产、安全事故等严重后果。

为了保证核电设施的连续、安全、稳定运行，对各部件在加工制造过程中所涉及的材料性能、加工方法及处理工艺提出了更加严格苛刻的要求。如对于核电水泵轴套，其材质为1Cr18Ni9Ti，尺寸为￠240×200mm，壁厚25mm，虽然基体具有一定的耐蚀性能，但硬度很低，耐磨性差，不能直接应用。陈强、尤清照等人对增强高比重合金表面的硬度及耐磨性进行了研究{见《钢铁研究学报》2000Vol.12 No.2 P.33-35}，其选用Ni60A及WC、WC-Co超硬粉末，采用等离子喷涂及真空烧结的两种处理方法，在金属基体表面获得了高硬度的耐磨涂层。但是上述两种方法制备的涂层都存在很大的缺陷，如孔隙率高、非冶金结合、涂层易剥落、存在裂纹等。任爱国等人对激光熔覆止裂技术进行了研究{见《表面技术》第35卷第二期}，试验选用1Cr18Ni9Ti、45钢、40Cr等七种基体材质及不同的熔覆粉末材料，结果表明，当熔覆材料为Ni60、Ni45、Ni35时，熔覆层裂纹很难控制，特别是Ni60熔覆粉末裂纹无法控制。时至今日，高硬度耐磨镍基合金激光熔覆的开裂问题仍是一个棘手的问题，尤其在大面积熔覆、厚度在1mm以上时而不产生裂纹、气孔等缺陷问题的至今还未见报道。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种大面积激光熔覆高硬度耐磨镍基合金材料的方法，用以解决传统表面处理技术所存在的一系列问题以及现有激光熔覆高硬度镍基合金的开裂问题，尤其在大面积熔覆、厚度在1mm以上时，极易产生裂纹、气孔等缺陷问题。

本发明的技术方案是：

一种大面积激光熔覆高硬度镍基合金材料的方法，应用激光熔覆技术，采用送粉系统将高硬度粉末材料熔覆于金属基体表面，形成高硬度耐磨耐蚀无缺欠的镍基合金材料涂层。其中：

(1)激光加工工艺参数为：激光功率2.5-6.0KW、扫描速度180-800mm/min、光斑直径3.0-5.0mm、搭接率30-40％、熔覆厚度1.0-2.0mm；

(2)热处理方法为：工件前期预热温度200-300℃，加热时间1-2小时；激光熔覆过程中加热保温温度300℃±20℃；加工结束后续200℃±20℃保温3-5小时并随炉缓冷至室温。

所述的大面积激光熔覆高硬度镍基合金材料的方法，加工流程如下：

(1)工件表面清理：在熔覆之前，用砂纸或抛光机将工件表面的污物、氧化膜去除，再用丙酮将工件表面油污清除干净；

(2)工件预热处理：在工件表面清理完后，采用加热保温装置对工件进行预热处理，预热温度200-300℃，加热时间1-2小时；

(3)熔覆加工：在工件基体温度达到预热温度后，对其进行激光熔覆加工；

(4)加热保温处理：在熔覆加工过程中，始终采用加热保温装置对工件进行加热保温处理，将温度控制在300℃±20℃；

(5)后续保温缓冷处理：在工件熔覆结束后，立即将其放入200℃±20℃炉温的电阻炉中保温3-5小时，并随炉缓冷至室温。

所述的大面积激光熔覆高硬度镍基合金材料的方法，高硬度粉末材料是镍基、铁基或钴基合金粉末，粒度在80-500目，并且该粉末材料经激光熔覆后涂层硬度高达58-63HRC，且熔覆层无熔覆缺欠。