[发明专利]激光熔覆原位合成陶瓷相增强Fe基熔覆层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于激光熔覆技术，具体涉及激光熔覆原位合成陶瓷相增强Fe基熔覆层及其制备方法。

背景技术

由于激光特有的优良属性，自20世纪中期激光器研制成功以来已被广泛应用于科学技术研究和工业生产。激光表面改性是激光在表面技术领域中新的应用。根据采用不同的激光能量密度和不同的处理方式，激光表面技术中比较典型的方法有激光熔覆、激光相变硬化、激光冲击强化、激光表面合金化等。这些方法的目的都是为了使工作面获得基材无法达到或代价太大的高硬度、高耐磨性及高耐腐蚀等性能。从而达到既节约了成本又满足工作目的的要求。

激光熔覆是一种新兴表面改性技术，它通过发生在基体表面的快速熔凝过程提高材料的表面性能。激光熔覆具备诸多优势，如：基体和熔覆层结合强度高；基体受到的热影响较小，不易变形等。通过激光熔覆不同材料，可以提高材料表面的耐磨、耐腐蚀、耐高温抗氧化等性能，同时降低贵重金属的消耗。因此在材料表面改性方面具有广阔应用前景。

陶瓷具有高熔点、高硬度、热稳定性好等特点，常作为增强相用于制备激光熔覆铁基复合材料。然而，目前的涂层总是由一些常规合金粉末或加入陶瓷相组成，在熔覆时仍存在裂纹、气孔等缺陷，或存在与基体润湿性差等问题，应用时出现力学性能不均匀、易剥落等现象。因此，找到合适的激光熔覆粉末与工艺具有重要的意义。引入陶瓷增强相的方法通常有两种，即外加法和原位自生法。原位自生的陶瓷增强相颗粒较为细小，与基体界面结合较好，裂纹倾向减小，是近年来发展较快的金属基复合材料制备方法。

近年来，对于在高铬铸铁基础上发展起来的以M₂B共晶硼化物为耐磨骨架的新型Fe-Cr-B耐磨合金的研究越来越多。该体系合金在耐磨和耐热冲击性方面都有较高的性能。Cr12MoV是一种应用广泛的汽车模具钢，通过在Fe-Cr-B合金粉末基础上添加新的粉末材料在基体表面进行激光熔覆，原位反应生成陶瓷硬质相，有望达到提高模具钢表面硬度，并延长模具寿命的目的。因此，开发合适的激光熔覆粉末与工艺具有重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有激光熔覆表面强化存在的缺点，提出一种激光熔覆原位合成陶瓷相增强Fe基熔覆层及其制备方法，来解决汽车模具钢表面强化问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种激光熔覆原位合成陶瓷相增强Fe基熔覆层的制备方法，该方法是按照以下步骤进行的：

（1）基体预处理

对加工好的模具钢基体工作表面除油、除锈，用砂纸打磨，得到平整光洁的表面；

（2）激光熔覆

采用同步送粉激光熔覆的方式，将合金粉按照比例配比后进行充分混合并干燥后作为熔覆材料，在氩气保护下，调节激光熔覆工艺参数，熔覆材料在激光能量照射下原位反应生成陶瓷硬质相。

作为对本发明的限定，本发明所述的步骤（2）的合金粉材料成分为硼铁粉、硅铁粉、铬铁粉、铁粉、含Ti29‐31wt%的钛铁粉和B₄C粉，其中所述的硼铁粉、硅铁粉、铬铁粉和铁粉总的物质中的元素占四种合金粉材料总重量的百分比为：B1.2‐1.5%、Si1.1‐1.2%、Cr10.7‐11.3%、C0.08‐0.15%，余量Fe，而含Ti29‐31wt%的钛铁粉和B₄C粉占所有合金粉材料总重量的百分比分别为：钛铁粉22.5‐26.1%、B₄C粉2.2‐2.5%。

合金粉末粒度为80‐120目；原位形成的陶瓷相分布均匀，熔覆层组织致密，无气孔裂纹，熔覆涂层与基体呈现良好冶金结合。