[发明专利]一种激光熔覆合金粉末及进行H13模具钢的激光熔覆方法

说明书

本发明公开了一种激光熔覆合金粉末及进行H13模具钢的激光熔覆方法，包括：基体熔覆前预处理；配制激光熔覆用H13+镍包WC合金粉末；基体预热；采用激光熔覆机，以氩气为保护气，光纤激光器为发射激光源，以锥形粉束同轴送粉方式将配制的激光熔覆用H13+镍包WC合金粉末进行多道搭接至基体上进行激光熔覆，控制激光熔覆的激光功率、光斑直径、扫描速度和送粉速度进行激光熔覆并调制处理即完成H13模具钢的激光熔覆。本发明熔覆层形成晶界强化型网络状结构，具有低摩擦系数、高耐磨性、高耐腐蚀性等特点。降低了稀释率问题，减少热应力，增加了与基体的冶金结合，解决了大面积多道搭接易开裂问题。

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，特别涉及一种提升H13模具钢表面力学性能及耐腐蚀性能的激光熔覆合金粉末及强化方法，属于表面工程应用技术领域。

背景技术

机械零件在服役期间会受到不同工况条件下的表面磨损与腐蚀，表面强化技术是表面工程领域一项非常重要的创造性工作，也是保护环境、资源可持续发展的战略需求所在。

H13钢是广泛应用于具有大冲击振动载荷的服役环境中，包括制作航空工业上的重要构件，或者热锻模、压铸模、热挤压模等方面，该类钢以Cr、Mo、V、W为主要强化元素，具有良好的强韧性，同时保持一定的热疲劳抗力，因而能够承受高温拉、压等冲击作用，还需要承受高温磨损、氧化及激冷激热周期性温度变化等恶劣的工作环境。因此，H13钢在服役过程中的主要失效形式为热疲劳发生龟裂损伤和热磨损，这就要求表面具有高硬度和良好的耐磨性能。

目前，解决这一问题的主要途径是在模具材料表面涂覆硬膜，目前H13模具钢的表面改性的应用主要在以下两个方面：(1)PVD涂层技术和(2)热喷涂技术。这些手段虽然在一定程度对材料性能有所改善，但制备工艺本身存在的组织缺陷难以从根本上消除，对材料的使用寿命仍存在一定的影响：比如：热喷涂涂层存在氧化物、气孔，与基体的机械结合性能差等缺陷；PVD涂层薄，耐磨损性差等。而激光熔覆在解决上述问题时具有绝对的优势：由于激光熔覆可控热输入、高的冷却速率，熔覆层与基体为冶金结合，熔覆层厚度易控、组织致密，同时具有晶粒细小、无宏观偏析，较大的加工灵活性、可选择性以及较小的热畸变等特点，使激光熔覆技术具有明显优势。

相关研究者利用激光熔覆技术在H13钢基体上制备了Ni基、Co基熔覆层，但H13钢基体和Ni/Co熔覆层之间存在一定的热膨胀系数的差异，熔覆层易产生不同程度的微观裂纹。而对于熔覆层与基体同种材料并添加耐磨强化相材料，提高熔覆层的耐磨性方面的研究缺乏，这种方法不仅可以克服热膨胀系数的差异引起的微观裂纹，降低稀释率，而且可以通过高能高密度能量得到高致密、高性能熔覆层合金，增强表面的强度和力学性能，还可以解决使用过程中热开裂和热磨损等问题，更重要的是降低成本，节约可利用资源。

发明内容

本发明针对具有大冲击载荷的服役环境的H13模具钢提供一种表面激光熔覆强化技术和激光熔覆合金粉末以及进行H13模具钢的激光熔覆方法，该方法利用激光熔覆用H13钢合金粉和Ni包WC粉末按一定的比例混合，在优化的工艺条件下，形成一种“网络状”结构，使熔覆层与基体有良好的匹配及适当的强度和硬度的同时，有效提高了熔覆层减磨耐磨性能。

为达到上述目的，根据本发明的实施例提供的一种H13模具钢用激光熔覆合金粉末，包括下述质量分数的原料：

H13合金粉末90-50％，镍包WC合金粉末10-50％；

所述H13合金粉末包括下述质量分数的原料：

C0.32-0.45％，Cr4.75-5.5％，Mn0.2-0.5％，Mo1.1-1.75％，Ni0.3％，Si0.8-1.2％，V0.8-1.2％，余量为Fe。

本发明进而提供了一种利用激光熔覆合金粉末进行H13模具钢的激光熔覆方法，包括下述步骤：