[发明专利]专用于齿轮表面激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金粉末，特别是指一种专用于齿轮表面激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末。

背景技术

激光具有高亮度、高方向性、高单色性、高相干性的特点，现在正被越来越多的领域所使用，激光熔覆就是表面处理技术中的一种。概括的说，激光熔覆的原理就是利用高能激光束照射金属材料表面，基材表面被迅速融化，液态的金属形成一个小规模的熔池，同时填注新的粉末材料，在这个熔池中，原本的金属材料与被添加的粉末相互混合，形成一层新的液态金属层。待激光光束经过以后，液态金属层迅速冷却由此在金属表面形成一层固态的熔覆层。然齿轮工作环境恶劣，普通的齿轮存在硬度差、强度低、易磨损的缺陷，这样就造成了齿轮出现齿面磨损、轮齿折断、齿面胶合等失效现象，为此，目前普通的做法都是采用价格昂贵的高性能材料制造齿轮，致使齿轮的成本增加，实用性就大大降低，小企业无法承受。目前并未使用激光熔覆对齿轮进行表面处理，其原因除了熔覆工艺复杂之外，重要的是并未有专用于齿轮激光熔覆的金属粉末，而利用普通金属粉末对齿轮进行激光熔覆后发现，普通金属粉末传热与熔融不均匀，金属粉末与齿轮基材之间的融合度差，造成熔覆层易产生裂纹、缩松、缩孔、气孔等缺陷，致使激光熔覆后的齿轮机械性能并未达到预期的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种专用于齿轮表面激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末，该钴基金属陶瓷合金粉末专用于齿轮的激光熔覆，提高齿轮表面金属组织致密性，减少熔覆层中裂纹、缩松、气孔等缺陷，从而提高齿轮的硬度，强度，耐磨性。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：专用于齿轮表面激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末，按重量百分比计，包含11-13%碳化钨，0.2-0.5%碳，5-8%氟化钙，3-5%氮化硅，4-8%铁，18-20%钼，13-15%铬，0.8-1%锰，余量为钴。

其中，专用于齿轮表面激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末优选配比为：包含12%碳化钨，0.5%碳，5%氟化钙，5%氮化硅，4%铁，18%钼，13%铬，0.8%锰，余量为钴。

本发明中的钴基金属陶瓷合金粉末中各成分的作用如下：

碳化钨（WC）：属于金属陶瓷粉末，作为强化微粒存在于熔覆层中，能够极大的提高熔覆层硬度及强度，可以降低熔覆层开裂的敏感性。

碳（C）：属于非金属元素，碳含量越高，硬度就越高，耐磨性能就越好，屈服点和抗拉强度升高，但是其韧性、塑性、冲击性和抗腐蚀性能会随着碳含量的增加而降低，因此该金属陶瓷合金粉末中C含量的选择确保齿轮满足耐磨性的同时，尽可能的兼顾韧性和抗腐蚀性。

氟化钙(CaF2)：作为添加材料，用于减少熔覆层凝固时的内应力，防止凝固后出现热裂纹、缩孔、缩松等缺陷，提高金属内部组织的致密性。

氮化硅(SiN4)：作为除碳化钨WC之外的第二种陶瓷颗粒存在，在熔覆过程中不熔化，但对激光的热吸收率大，可加速分散热量，并作为低硬度金属元素与超高硬度陶瓷颗粒的缓和，增强抗蠕变性，抗氧化性，提高耐腐蚀性。

铁（Fe）：与齿轮基体的材料相同，增加液态金属与基体的亲和性，提高熔覆层冶金结合的强度，使该金属陶瓷合金粉末在与齿轮表面充分均匀融合。

钼（Mo）：作为一种稀土元素添加剂，促进晶粒细化，提高熔覆层的组织均匀性，从而改善熔覆层的磨损性能。

铬（Cr）：具有较强的固溶强化能力，提高熔覆层的强度，能够强烈提高钢的淬透性，并且具有优良的抗腐蚀性。增加钢的机械性能和耐磨性，可增大钢的淬火度和淬火后的变形能力。同时又可增加钢的硬度、弹性、抗磁力和抗强力，增加钢的耐蚀性和耐热性等。

锰（Mn）：强烈提高钢的淬透性，对铁素体和奥氏体均能起到较大的固溶强化作用，使得钢材具备高的强度与硬度，Mn过高会使得钢材具有明显的回火脆性，Mn促使奥氏体长大，使钢对过热较敏感。

钴（Co）：作为金属陶瓷基材，熔覆时彻底熔融，与熔融状态的基材一同形成激光熔池，以供其他元素或化合物在熔池中均匀分布后凝固成熔覆层，以增加熔覆层硬度。

采用了上述技术方案后，本发明的效果是：该钴基金属陶瓷合金粉末专门用于齿轮表面的激光熔覆，可与齿轮基材充分融合，各成分均匀分布于熔覆层中，针对齿轮的工作环境恶劣的情况，采用超高硬度陶瓷颗粒以提高齿轮表面的硬度，另外再选择一些微量元素以提高齿轮耐磨性和强度，从而使齿轮可适应各种恶劣的工作环境，延长使用寿命。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述。