[发明专利]一种宽带激光制备双相陶瓷颗粒强化Ni基熔覆层的方法

说明书

本发明涉及表面工程技术领域，具体涉及一种宽带激光制备双相陶瓷颗粒强化Ni基熔覆层的方法，本发明采用宽带激光在Q460低合金钢表面进行熔覆，激光功率2.0～4.0kW，激光扫描速度0.09～0.6m/min，熔覆过程氩气保护。以Ni‑Cr‑Si‑B系自熔性合金粉末为基础粉末，添加WC、Ti、Cr和Y₂O₃进行合金化改性。添加Ti元素，通过原位反应生成网状TiC陶瓷颗粒起到均匀化的作用。添加的WC颗粒原位溶解提供C源，原位生成块状的(Cr,W)₅B₃陶瓷颗粒起到提高硬度和耐磨性的作用。获得的熔覆层成形性良好，无裂纹缺陷。显微组织为均匀分布的块状(Cr,W)₅B₃陶瓷颗粒和网状TiC颗粒，改善了宽带激光制备镍基熔覆层的均匀性，进一步提高其性能。

技术领域

本发明涉及表面工程技术领域，具体涉及一种宽带激光制备双相陶瓷颗粒强化Ni基熔覆层的方法。

背景技术

激光熔覆技术是一种重要的表面改性方法，利用高能激光束做热源将粉末状或丝状材料熔化并使基体微熔，冷却后可以形成具有高硬度、耐磨损、耐腐蚀等优异性能的熔覆层。利用激光熔覆技术强化普通碳钢、低合金钢等材料的表面性能可以大大延长零部件的使用寿命，具有显著的成本优势，也符合绿色制造的要求。在传统激光熔覆中，采用圆束激光制备大面积熔覆层时需要通过不断搭接的方式扩展熔覆面积，因此单道熔覆宽度和熔覆速度是决定熔覆效率的两个关键参数。将圆束激光调制为宽带激光应用于激光熔覆可大大增加单道熔覆宽度，是一种提高熔覆效率简单有效的方法。近年来，随着大功率半导体激光器的工业应用和光束调制技术的进步，具有高熔覆效率、低熔覆层稀释率的宽带激光在激光熔覆中的应用逐渐增多。利用光学器件将圆束激光调制为不同长宽比的宽带激光可以显著增大单道熔覆层的宽度，从而提高大面积熔覆的效率，并且熔覆层的稀释率也得到较好控制。

在激光熔覆应用的材料中，以Ni基、Co基金属粉末为基础材料添加TiC、B₄C、WC等陶瓷粉末组成复合熔覆层可以进一步提高熔覆层的性能。在熔覆层中硬度低，塑性好的金属相为粘接相，高硬度、高模量的陶瓷颗粒为强化相。采用传统工艺制备添加WC陶瓷相的镍基复合熔覆层时，希望通过合适的激光熔覆工艺参数抑制WC颗粒的溶解，使外加的WC颗粒保持完整以大幅提高熔覆层性能。如专利CN201310265070提出了一种热轧棒材裙板辊道激光熔覆制备WC硬质合涂层工艺方法。采用该方法制备的复合熔覆层中WC强化相添加比例达到50％，以尽可能提高熔覆层硬度。但采用宽带激光熔覆时熔池对流缓慢，由于WC陶瓷颗粒密度大于镍基液相，在重力作用下容易导致添加的WC陶瓷颗粒在熔覆层底部沉积，造成熔覆层组织和性能不均匀，削弱其使用性能。因此如何促进宽带激光制备镍基/WC复合熔覆层时陶瓷相均匀化，并同时提高复合熔覆层的硬度和耐磨性成为亟待解决的问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明针对上述存在的问题，提供了一种宽带激光制备双相陶瓷颗粒强化Ni基熔覆层的方法。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种宽带激光制备双相陶瓷颗粒强化Ni基熔覆层的方法，包括以下步骤：

(1)以Ni-Cr-Si-B系自熔性合金粉末为基础粉末，添加WC、Ti、Cr粉和Y₂O₃得到复合粉末，再将复合粉末利用机械混粉器均匀混合后待用；

(2)粉末预制：采用Q460低合金钢作为基材并进行切割，然后对其表面进行打磨清理以去除锈迹和油污，采用酒精在超声波清洗机中清洗后吹干表面待用，再将步骤(1)中混合后的复合粉末与水玻璃调制成糊状预制在Q460钢表面，在烘干机中烘干以去除水分；