[发明专利]利用激光熔覆技术制备Ni3Al/Cr3C2复合涂层的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料加工领域，具体地讲，本发明涉及一种利用激光熔覆技术制备Ni₃Al/Cr₃C₂复合涂层的方法。

背景技术

重载柴油发动机具有热效率高、功率范围广、较好的功率重量比和功率体积比等优点，是船舶、重卡最主要的配套设备。目前，重载柴油发动机向着高机械负荷、高热负荷和低排放的方向发展，这便使得直喷、增压等技术开始得到广泛的应用。然而，由于直喷、增压等技术的应用使得柴油发动机内部热动力机械和高温传动摩擦部件的工作环境变得愈加恶劣，因此导致了柴油发动机的曲轴、排气阀、活塞等关键零部件因腐蚀、过度磨损和/或烧损而失效，从而严重影响了零部件的使用寿命和柴油发动机的工作稳定性，由此造成每年柴油发动机因零部件失效引起的巨大损失。基于上述分析，为了应对未来高负载、高工作温度服役环境的能力，提高重载柴油发动机关键零部件的耐磨性能及使用寿命，是船用柴油发动机和重卡用柴油发动机发展的一项重要课题。

通过对柴油发动机关键零部件运行情况和失效机理的研究表明，零部件的大部分的失效发生在零部件表面，因而防治失效的有效途径是在新产品零部件的制造时对其表面进行表面处理或对磨损的零部件进行表面修复，并应用合适的表面改性技术来提高零部件的使用寿命。

目前工业应用较多的表面改性工艺包括电镀铬、热喷涂、堆焊等。电镀铬的镀层杂质较少，结构细而致密，硬度可达到700-1000HV，但是镀铬工艺对环境污染较大，且镀铬层厚度一般为几个微米，容易脱落，因此无法满足柴油机长期运行的要求。热喷涂技术工艺灵活，应用范围广，通过涂层设计可获得不同匹配不同性能的涂层，是目前重载柴油发动机常用的涂层工艺之一，但是热喷涂涂层与基体之间主要是机械结合，在高温重载交变负荷情况下容易发生脱落现象，涂层均匀性一般和孔隙率及内应力较大等也成为制 约热喷涂涂层使用性能的关键问题。堆焊技术具有较低的成本，涂层与基体冶金结合，堆焊材料发展较为完备，但是堆焊对基体产生较大热应力，在部分精密零件处理上有一定的局限性。因此，针对重载柴油发动机关键零部件磨损问题，如何制备一种具有高温高强度的耐磨涂层成为现有技术中需要亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种利用激光熔覆技术制备具有组织结构致密、与基体的结合强度高和耐磨性好的Ni₃Al/Cr₃C₂复合涂层的方法。

根据本发明的示例性实施例，提供了一种利用激光熔覆技术制备Ni₃Al/Cr₃C₂复合涂层的方法，所述方法包括以下步骤：对钢铁材料的表面进行预处理，以去除附着在钢铁材料的表面的油污和杂质；将Cr₃C₂粉末添加到Ni₃Al粉末中并混匀，得到Ni₃Al与Cr₃C₂的混合物，其中，所述混合物中Cr₃C₂的含量为10wt％～50wt％；利用激光熔覆技术将混合物熔覆在钢铁材料的表面，以使混合物在钢铁材料的表面形成Ni₃Al/Cr₃C₂复合涂层。

根据本发明的示例性实施例，Ni₃Al粉末的化学组成可以为：8.0wt％～13.0wt％的Al、9.0wt％～13.0wt％的Fe、0.3wt％～0.9wt％的Mn、0.4wt％～0.7wt％的Ti和0.1wt％～0.5wt％的B，余量为Ni和不可避免的杂质。

根据本发明的示例性实施例，Ni₃Al粉末和Cr₃C₂粉末中的每种粉末的粒径范围可以为45μm～150μm。

根据本发明的示例性实施例，激光熔覆技术的技术参数可以如下：激光熔覆功率为1200W～3000W，扫描速度为0.18m/min～0.60m/min，激光束为圆形光斑或矩形光斑，激光熔覆保护气体为氩气，气体流量为15L/min-30L/min，其中，当激光束为圆形光斑时，圆形光斑的直径为2mm～5mm；当激光束为矩形光斑时，矩形光斑的长度为5mm～20mm，宽度为1mm～10mm。