[发明专利]一种改善镍基碳化钨激光熔覆涂层的方法

说明书

技术领域

本发明属于激光熔覆金属陶瓷复合材料领域，是一种改善镍基碳化钨激光熔覆涂层的工艺和方法，尤其涉及一种激光金属陶瓷合金粉末及其制备方法和熔覆工艺。

背景技术

在现代的日常生活和工业生产中，金属材料的磨损与腐蚀会出现在各个领域，是破坏机械零部件、工程构件的两大主要方式之一，腐蚀将会导致机械零件的大量消耗，而磨损则是导致机械零件失效的重要原因之一。它们在损耗大量金属材料的同时，也浪费了大量资源，在经济损失中占据非常大的比重。

高温、腐蚀、摩擦和磨损引起的工程构件的失效大多发生在表面，这一现象促使材料科学工作者对材料表面的极大关注，并促使材料表面改性技术的迅猛发展。人们希望在材料整体保持足够的韧性和强度的同时，使材料表面获得较高的、特定的使用性能，如耐磨、耐蚀和抗氧化等。

据报道，目前，在全世界工业化国家中，在磨损上消耗的能量占总能量的二分之一，约有60%～80%的机械零部件由于磨损而失效。在一个高度发达的工业化国家，每年因磨损所造成的经济损失几乎占国民经济总产值的1%～2%。例如，美国平均每年由于磨损造成的经济损失高达200亿美元;英国平均每年由磨损造成的经济损失超过51500万英镑。在我国，由磨损造成的经济损失同样也相当严重。仅据石油、化工、煤炭、电力、农机等部门粗略统计，我国每年就有高达数百万吨的钢材消耗在磨损上，经济损失达到200～300亿元之多。所以说，金属材料的磨损影响着机械零件的性能质量和使用寿命，进而影响着这些机械零件在市场上的竞争能力。

同时，金属腐蚀问题也遍及国民经济各个领域，从尖端科学技术的应用到工农业生产，从日常生活中的应用到国防工业的制造，凡是使用金属材料的地方，都不同程度上存在着腐蚀问题。据有关专家统计，全球每一分半钟就有一吨钢材被腐蚀成铁锈。例如，1975年，美国每年由腐蚀造成的经济损失高达820亿美元，占国民经济总产值的4.9%;1995年，美国由于腐蚀造成的经济损失直线上升到3000亿美元。统计表明，在一个工业发达的国家，因腐蚀造成的经济损失约占国民经济总产值的2%～4%，超过水灾、火灾、地震、和咫风等所有自然灾害造成的损失的总和。虽然我国仅为一个发展中国家，但由于腐蚀带来的损失也相当可观，每年大约5000亿元人民币，约占我国国民经济生产总值的6%左右。仅在石油与天然气领域每年由腐蚀造成的经济损失就约100亿元，煤炭工业每年由腐蚀造成的资金浪费约为55.6亿元，而电力系统每年的腐蚀损失则近17亿元。

因此，从有限的资源与能源出发，现代的工业生产要求机械零部件具有足够的耐磨耐蚀性能，可以在高温、高负荷等极其恶劣的环境下长时间工作，因此解决金属的磨损与腐蚀问题已迫在眉睫。

激光熔覆金属陶瓷技术可以将金属高的强韧性、良好的工艺性与陶瓷材料优异的耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化特性有机结合起来，为最有价值和竞争力的表面强化技术，也是激光熔覆技术发展的热点之一。

激光熔覆是一项新兴、迅猛发展的技术，它是在高能量密度激光束照射下，基体表面一薄层与根据需要加入的合金同时熔化，形成厚度为10～1000μm表面熔化层，快速凝固以满足某一特殊性能要求的工艺方法，是集激光加热熔化、熔池中物质交互作用及快速凝固成型等多学科交叉的一门新技术，此技术在表面处理方面得到较细致的研究。

由于局部表面受热密度大，光斑直径小，受热时间短，故工件表面上熔化区很小，传到工件内部热量少，熔化区内存在很大的温度梯度，冷却速度可达104～109℃/s。正是由于快速凝固，赋予合金不同于正常凝固的特点。作为表面改性手段之一的激光熔覆，适于各类金属的表层改性和修复。激光表面熔覆能保持原涂层合金成份(稀释率5～8%)，仅在重熔区与基体的交界处存在很有限的相互扩散区，而此扩散区正是实现涂覆层与基体的冶金结合所必须的。它能把高性能的合金粉末涂覆在普通材料(工件)上，从而获得优异特性的表面涂层(如耐热、耐蚀、耐磨、抗冲击等优良涂层)。

与传统的表面改性(热喷涂、等离子喷涂等)技术相比，它主要有以下优点:界面为冶金结合;组织极细;熔覆层成分均匀及稀释度低;覆层厚度可控;热畸变小;易实现选区熔覆和工艺过程易实现自动化。在表面改性技术中，激光熔覆已成为比较活跃的研究领域。