[发明专利]激光熔覆原位合成复合碳化物(Ti,Nb)C强化Ni基涂层及制备

说明书

激光熔覆原位合成复合碳化物(Ti,Nb)C强化Ni基涂层及制备，属于表面处理技术领域。制备步骤为：首先将Cr12MoV汽车模具钢表面用角磨机和丙酮清洗干净，熔覆用合金粉末按照化学成分配比并放入球磨机混合2小时后，采用同轴送粉方式，在基材表面制备4道4层的耐磨涂层，该涂层组织致密，原位强化相分布均匀、弥散效果好、界面无污染，且与基材呈现良好的冶金结合。显微硬度值达700H_V左右，显著提高了模具钢表面的力学性能。

技术领域

本发明公开了一种磨损汽车模具的激光熔覆修复方法，具体涉及激光熔覆原位合成复合碳化物强化Ni基涂层及其制备方法，属于表面处理技术领域。

背景技术

随着汽车工业的快速发展，汽车保有量迅速增加，为了解决日益严重的燃料资源消耗和汽车尾气排放，汽车轻量化已成为一种趋势，研究表明，汽车质量每减轻10％，汽车能源消耗将降低4％-8％。因此，降低汽车重量、生产低油耗低排放的汽车、实现节能减排成为了当前汽车发展的重要方向。而目前主要通过两个途径来实现汽车轻量化：一是采用高强度钢板使材料的厚度减少，从而使汽车质量降低；二是使用密度小、强度高的轻质铝、镁合金材料代替钢板材料。但是，高强度钢板的应用，使冲压成形时模具的工作条件更加恶劣，所受载荷更大，模具的磨损情况也更为严重，同时模具的磨损还会影响冲压工件的质量，包括工件的形状、尺寸和表面质量，磨损造成的模具损伤占模具失效的70％左右，给汽车模具的设计和应用带来了一系列的问题。目前，解决这一问题的一般方法是整体更换模具，这样既浪费生产材料同时又降低了工作效率。

激光熔覆作为一种新型的表面强化和修复技术，为解决该问题提供了途径，它通过高能激光束的辐照，在基材表面将熔覆材料熔化，并与基材表面结合形成保护层。相比于其他传统熔覆方法(如堆焊和喷涂)，激光熔覆具备诸多优势，如热影响区小，基材应力变形小；熔覆材料和基材呈现冶金结合，结合强度高等。常用的涂层基体材料有Fe基，Ni基和Co基三类，Fe基粉末原料来源广泛、成本低、工艺性能良好，但是涂层耐磨与耐腐蚀性提高有限，Co基粉末具备较高的硬度和良好的耐磨、耐腐蚀性及高温性能，但是成本极高，Ni基粉末兼具成本优势和优异的涂层性能，熔覆工艺良好，因此研究和应用较为广泛。

陶瓷颗粒具有高熔点、高硬度、高耐磨性、高弹性模量等优越性能，常用作金属基激光涂层的强化相，但是通过外加的陶瓷颗粒容易出现下沉、断裂、烧损、熔解等缺陷，此外陶瓷颗粒在加工过程中往往容易受到污染，导致颗粒同基体的润湿性差，结合能力低，从而损害复合材料的力学性能。

研究显示：通过原位合成得到的强化相尺寸细小且分布均匀，表面无污染，与基体的润湿性好，界面强度高，使涂层既具有金属材料本身的良好强韧性，又具有陶瓷材料的高硬度、高耐磨性，因此本项发明中，在Ni基合金粉末中原位合成复合碳化物(Ti，Nb)C颗粒。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有激光熔覆存在的缺点及汽车模具磨损的失效机制，提出一种原位合成复合碳化物强化Ni基涂层及其制备方法，解决汽车模具钢表面强化问题。

本发明可以通过以下措施来实现：

(1)基材预处理

将Cr12MoV汽车模具钢(尺寸如12mm×60mm×100mm)表面用角磨机和丙酮清洗干净；

(2)激光熔覆

将镍基合金粉末、纯Cr₃C₂粉、纯Nb粉、纯Ti粉和Y₂O₃粉放入球磨机混合2小时后，采用同轴送粉方式，在基材Cr12MoV汽车模具表面制备耐磨涂层优选(优选4道4层)，纯Cr₃C₂粉、纯Nb粉、纯Ti粉和Y₂O₃粉的添加量分别为镍基合金粉末加入质量分数的8-10％、3.5-4.0％、2.5-3.0％和5.0-5.3％。