[发明专利]一种添加CeO2的铁基Cr3C2激光熔覆涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于表面改性技术领域，更具体地说，涉及一种添加CeO₂的铁基Cr₃C₂激光熔覆涂层及其制备方法。

背景技术

材料表面的磨损和腐蚀是造成工程零部件失效的主要原因，每年由于磨损和腐蚀给各国造成了较大的经济损失，因此，提高材料的表面性能，尤其是提高其耐磨性和抗氧化性就至关重要。激光熔覆技术作为表面强化和材料保护方法之一，它是以高能量密度激光束为热源，通过在普通金属基体表面熔敷一层具有特殊性能的合金粉末，从而可以显著改善基体金属的表面性能，大大延长零件的使用寿命。与其他表面改性技术，如热喷涂、焊接、镀层等相比，激光熔覆技术具有熔敷率高、稀释率低、粉末适用范围广、基体受到的热影响小、不易变形等优点，且所得熔覆层组织晶粒细小，与基体之间呈牢固冶金结合。因此，激光熔覆技术已被广泛应用于零件表面微观结构和成分的改良，以提高其耐磨性、耐腐蚀性和高温抗氧化性等性能。

目前，国内外研究学者通常选用Ni基、Co基和Fe基自熔性合金粉末作为激光熔覆涂层材料，其中，Ni基和Co基合金具有良好的高温性能和抗氧化性，但它们均属稀缺金属，成本较高。Fe基合金的来源较为广泛、价格低廉，耐磨性较好，且目前需要进行修复及表面改性处理的工程零件也主要是钢铁材料，采用Fe基合金作为熔覆材料，涂层与基体之间的相容性和润湿性良好，同时降低了对稀释率的严格要求，有利于激光熔覆工艺的控制。因此，研究和开发Fe基合金系列的激光熔覆涂层有利于减少战略性稀有元素的用量、降低加工成本，具有重要的科研意义和实践价值。

但在一些比较苛刻的工作环境下，单纯的Fe基合金涂层并不能满足使用要求，国内外学者通常采用向Fe基合金粉末中添加一定含量的高熔点碳化物、氮化物、硼化物或氧化物陶瓷颗粒，制成金属基陶瓷复合涂层以进一步提高熔覆层的硬度、耐磨性、抗氧化性等性能，其中以碳化物陶瓷和氧化物陶瓷的添加为主。而激光熔覆涂层中使用较多的碳化物陶瓷主要为 WC和TiC，WC和TiC的添加在一定程度上能够细化涂层的组织，提高熔覆层的硬度、耐磨性等性能，但目前为止，对于激光熔覆Fe基陶瓷复合涂层的研究主要集中在提高涂层的硬度、耐磨性等方面，而对涂层的熔覆性及成型性，如气孔、裂纹等缺陷则关注较少，从而使涂层的使用性能有所下降，且目前对Fe基涂层高温性能的提高也处于实验研究阶段，有待进一步改善。

如，中国专利申请号为201410652414.2，申请日为2014年11月14日的申请案公开了一种铁基碳化钛激光熔覆涂层的制备方法，该申请案以45#钢作为激光熔覆的基体，以质量百分比分别为10％、20％、30％、40％和50％的碳化钛粉末与铁基合金粉末的混合粉末作为熔覆材料，使用高功率半导体激光器进行激光熔覆，其中激光功率为3000W，所选用的光斑宽为4～8mm，焦距370，扫描速度为8mm/s，保护气体为氩气。该申请案在一定程度上能够改善基体金属表面的耐磨、耐蚀和耐热性能，但由于TiC的熔点较高，在激光熔覆过程中熔解量较少，难以获得硬质相弥散分布的熔覆层，且其熔敷性、与基体金属的润湿性均较差，熔敷时熔池的流动性不好，导致成形不良，所得涂层与基体的结合较差，且熔敷层在长时间使用时也易出现裂纹。又如，中国专利申请号为201410835692.1，申请日为2014年12月30 日的申请案公开了一种铁基镍包碳化钨激光熔覆材料的制备方法，该申请案选取45钢作为熔覆基体，选用质量百分比为30％的镍包碳化钨粉末与70％的铁基合金粉末组成的混合粉末作为熔覆材料，使用高功率半导体激光器进行激光熔覆来制备熔覆涂层，但由于WC与铁基合金粉末的相容性相对较差，涂层中易产生裂纹，且WC粉末在激光熔覆过程中易发生“沉底”现象，涂层中可以看到较大颗粒未熔WC的存在，这些大颗粒未熔WC在磨损过程中易从涂层中剥落下来，从而易导致涂层产生大面积剥落，耐磨性较差。此外，以WC和TiC作为陶瓷添加相时所得涂层的高温抗氧化能力也相对较差。