[发明专利]一种立体空间堆垛网状添加物的激光熔覆涂层制备方法

说明书

 

技术领域    

本发明涉及利用大功率多模横流CO₂激光器激光熔覆技术，特别涉及激光熔覆表面改性技术。

背景技术

近年来，随着激光熔覆技术的发展，已经取得了令人瞩目的成果。但目前激光熔覆中最棘手的问题就是涂层裂纹，这阻碍激光熔覆技术快速实现工业化进程。国内外通过熔覆粉末成分调配、基体材料选择、改变激光熔覆工艺参数、热处理等方法对激光熔覆涂层裂纹形成机理、控制和处理手段展开大量研究。

经过文献检索，例如：谭文（参见谭文, 刘文今, 贾俊红.金属热处理, 2000, 1(1): 15-17）采用Fe-C-Si-B粉末预置在灰口铸铁基体上进行激光熔覆，得出多道搭接熔覆层产生的裂纹机率比单道熔覆高。在Fe-C-Si-B粉末加入少量的CaF₂可以改善熔覆粉末的工艺性能。李胜（参见李胜, 曾晓雁, 胡乾午.中国表面工程, 2007, 20(4): 11-15）通过激光熔覆专用铁基合金特点分析，综述了激光熔覆专用铁基合金的研究现象，提出了现有激光熔覆专用铁基合金成分与组织设计思想，主要体现在“原位自生”和“高碳共晶”。而王宏宇（参见王宏宇, 左敦稳, 陆英艳,许鸿昊.航空材料学报, 2008, 28(6): 57-60）通过在镍基合金基体上激光熔覆MCrAlY涂层，展开裂纹的成因与控制的研究，提出缓冷处理措施来控制基体裂纹，但保温随炉缓冷处理会引起熔覆层组织粗大、枝晶特征明显等不良影响，而随箱缓冷处理涂层对熔覆层组织并未产生不良影响。Chaofeng Wu（参见Chaofeng Wu, Mingxing Ma, Wenjin Liu, et al. Materials Letters, 2008, 62(17-18): 3077-3080）研究了激光熔覆铁基合金粉末涂层显微结构，其中铁基粉末加入Ti、Zr、C等元素，实验结果表明：涂层与基体形成良好的致密冶金结合。J. Radziejewska （J. Radziejewska, S. J. Skrzypek. Journal of Materials Processing Technology, 2009, 209(4): 2047-2056）采用CO₂激光器，通过铁碳合金加入了钴钨铬等合金元素进行多道激光熔覆，结合微观结构、显微硬度和残余应力对熔覆涂层进行分析，实验结果表明：距基体表面20-30μm涂层显微硬度值明显增加。X-射线衍射分析残余应力测量，合金化熔覆涂层受到拉应力，大约为500MPa。Igor Smurov（参见Igor Smurov. Surface & Coatings Technology, 2008, 202(18): 4496-4502）利用金属沉积技术应用于制造功能梯度涂层，研究了钨铬钴合金涂层的滑动磨损性能，纳米粉末增强相的存在，摩擦系数低于0.12。

然而，极少看到通过网状添加物激光熔覆，国内毛怀东（参见毛怀东，张大卫，刘泽福.2008,41(5):553-557）对Ni45和CoO₂两种粉末熔覆层中加入塑性好、屈服极限较低不锈钢网，降低了熔覆层中的应力值，控制了熔覆层中的裂纹激光熔覆。现有激光熔覆技术中网状添加物材料单一，仍然存在裂纹、气孔等缺陷。

发明内容

针对现有的技术不足，本发明拟解决的技术问题是：采用一种立体空间堆垛网状添加物的激光熔覆涂层制备方法，将立体空间堆垛网状添加物的激光熔覆涂层和奥氏体不锈钢基材形成良好的冶金结合层，防止出现裂纹、气孔、夹杂等缺陷，改善热影响区组织和性能，提高熔覆效率，并实现工业化应用。

    本发明解决所述技术问题是通过以下技术方案实现的，步骤具体包括如下：

（1）立体空间堆垛网状添加物制作：将金属粉末与水溶性粘结剂混合熔炼成混合物，将混合物通过纺丝用的喷嘴挤压成直径为0.25~1.0mm的金属丝，纺织成间距不等的三种网状物，间距分别为0.25、0.5、1.0mm。

（2）奥氏体不锈钢基材表面前处理：先对奥氏体不锈钢基材待熔覆表面进行打磨，然后用无水乙醇清洗干净；

（3）激光熔覆材料准备：将金属粉末放置烤箱烘干，温度为100~150℃，时间为1~2h，自然冷却后加入送粉器中，以同步送粉方式涂覆在的预置有立体空间堆垛网状物的奥氏体不锈钢基材表面上，送粉量为0.2g/s，涂层的厚度达到1.5~2.5mm；