[发明专利]一种在球形表面制备硬质激光熔覆涂层的方法

说明书

本发明提供一种在球形表面制备硬质激光熔覆涂层的方法，包括以下步骤：制备一种硬质涂层材料M2，以及一种辅助材料M1，所述硬质涂层M2的屈服强度σ_s2、硬度H₂、相变温度T_ACM2均比所述辅助材料屈服强度σ_s1、硬度H₁、相变温度T_ACM1高，对应关系：σ_s2＞σ_s1，H₂＞H₁，T_ACM2＞T_ACM1；先采用激光熔覆将辅助材料M1在球形零件表面构建横竖交叉的软质材料熔道网格；再采用激光熔覆将硬质涂层材料M2形成互相搭接的熔道覆盖软质材料熔道网格；热处理方法为采用低于辅助材料M1相变温度T_ACM1的热处理温度T_a对涂层进行去应力退火；本发明可有效减小激光熔覆时零件的内应力，从而减少裂纹的产生。

技术领域：

本发明属于激光熔覆技术领域，具体涉及一种在球形表面制备硬质激光熔覆涂层的方法

背景技术：

激光熔覆技术是利用激光辐射使熔覆材料和基体表面同时熔化并快速凝固、从而显著改善基体材料物理性能的一种工艺方法。激光熔覆过程的实质是高能激光束和金属粉末及基材相互作用时，粉末和基材的快速熔化、快速冷却的过程。由于这一过程极短，远离平衡态，过热度和过冷度远大于常规热处理，因此可以使材料在激光辐照区中形成晶粒高度细化的组织和较小的变形，激光熔覆技术优点有：(1)可通过混合不同合金粉末进行成分设计，得到完全致密的冶金结合涂层；(2)由于快速的加热和冷却过程，激光熔覆层组织均匀致密，围观缺陷少；(3)激光束的功率、位置和形状等都能精确的控制，易实现选区甚至微区熔覆。(4)属于无接触加工，便于自动化，实现柔性加工。

然而，由于激光熔覆是快速加热和冷却过程，凝固过程中不可能有足够的液体金属补充，且在随后的固态冷却收缩过程中收到周围较冷基材的束缚，造成内应力往往难以得到释放，而一旦释放就会造成裂纹。

熔覆层中的应力主要有以下几种：

(1)热应力。热应力分为为两种：一种是在同种材料内部，当材料受热后，由材料的温度梯度造成的；另一种是由于基材和熔覆材料的弹性模量、热膨胀系数不同，从而使各层之间的热膨胀率和收缩率不一致而产生的。

(2)组织应力。组织应力是由于金属材料受热熔化发生相变而产生的。

(3)约束应力。约束应力也是由两方面原因造成的：一是由于熔覆过程很快，熔池温度过高，熔池中已经熔化的部分材料受热膨胀，但周围材料的约束即受到压应力作用；另一方面是由于扫描光束移开后，被扫描区域迅速冷却，而熔覆区域因材料的整体性不能自由收缩导致较大拉应力的作用。

由于内应力的存在，熔覆过程中往往会有裂纹的产生，按裂纹产生的位置可分为熔覆层裂纹、界面基体裂纹和搭接区裂纹。

在采用激光熔覆方法制备硬质涂层的过程中，由于硬质涂层材料与基体材料在物理性能上存在较大差异，因此，所制备硬质涂层与基体的界面存在更大的内应力，更容易产生裂纹。这无疑限制了激光熔覆技术的推广应用，现在亟须需要一种经济、高效的方法来减少裂纹的产生。

发明内容：

本发明的目的是提供一种在球形表面制备硬质激光熔覆涂层的方法，为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

制备该涂层需要一种硬质涂层材料M2，以及一种与硬质涂层材料M2相比强度低、硬度低、相变温度低的辅助材料M1。硬质涂层材料M2的主要性能指标为：屈服强度σ_s2、硬度H₂、相变温度T_ACM2，辅助材料M1的主要性能指标为屈服强度σ_s1、硬度H₁、相变温度T_ACM1，对应参数关系为：