[发明专利]一种用于超高速激光熔覆的铁基金属粉末、其制备方法及其应用

说明书

本发明提供的一种用于超高速激光熔覆的铁基金属粉末、其制备方法及其应用，其中所述铁基金属粉末的化学成分及其质量百分比为：C 0.6～1.0％，Cr 17.0～20.0％，Ni 5.0～6.5％，Mn 2.0～4.0％，Mo 1.0～1.5％，Ti 4.0～6.0％，B 1.0～1.5％，N 0.08～0.15％，Si≤0.5％，P≤0.030％，S≤0.030％，余量为Fe和不可避免的杂质。该金属粉末粒径为：15～65μm，流动性：16～20s/50g。本发明还提供应用上述金属粉末的方法，采用超高速激光熔覆技术，搭配不同工艺，对轴类件基体表面进行强化与修复。

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种用于超高速激光熔覆的铁基金属粉末、其制备方法及其应用。

背景技术

激光熔覆技术是一种表面强化工艺技术，指在基材表面通过不同的填料方式添加被选择的涂层材料，利用高功率密度的激光束使之与基材表面极薄层同时熔凝，并迅速凝固后形成稀释度极低、与基体成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等特性的工艺方法。传统的激光熔覆技术由于激光能量主要作用于基材表面，粉末温度低于熔点，热量散失大、能量利用率低，熔覆速率慢，且热影响区较大，严重制约了激光熔覆技术的推广应用。

铁基金属合金，是一种能耐各种类型腐蚀并兼具一定强度与韧性的合金，是在潮湿且具有腐蚀性工况条件下的良好涂层材料。

发明内容

本发明涉及一种超高速率激光熔覆专用铁基金属粉末及应用其进行熔覆的工艺。超高速率激光熔覆是一种表面加工技术，通过同步送粉添料方式，利用高能密度的束流使添加材料与高速率运动的基体材料表面同时熔化，并快速凝固后形成稀释率极低，与基体呈冶金结合的熔覆层，极大提高熔覆速率，显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等工艺特性的工艺方法。

发明的超高速激光熔覆铁基金属耐蚀粉末的化学组成及其质量分数为：C 0.6～1.0％，Cr 17.0～20.0％，Ni 5.0～6.5％，Mn 2.0～4.0％，Mo 1.0～1.5％，Ti 4.0～6.0％，B 1.0～1.5％，N 0.08～0.15％，Si≤0.5％，P≤0.030％，S≤0.030％，余量为Fe和不可避免的杂质。

其中，Cr元素的增加能够显著提高材料的耐腐蚀性能，但过多的Cr会缩小γ相区，不利于获得稳定的奥氏体，加入Ni和Mn元素可稳定奥氏体。不锈钢通常硬度和耐磨性能较差，因此在铁基不锈钢材料基础上通过添加Ti、B等元素，原位生成TiC、TiB₂硬质相进行强化，钛和碳原位合成TiC是放热反应，只要提供较少的能量就能生成TiC硬质相，生成的TiC颗粒细小均匀，相界面洁净，结合很好。TiC、TiB₂硬质相与其他如WC、VC等对比，其润湿效果更好，不易出现微观裂纹。同时配合添加其他元素，共同起到提高强度、细化组织等作用，获得无裂纹、气孔等缺陷的具有良好耐磨性能的熔覆层。

由于超高速率激光熔覆技术的激光能量主要作用于粉末，熔覆过程中所使用的金属粉末对于熔覆效果有着至关重要的影响，粒度范围、流动性、球形度等参数直接影响熔覆层的质量。主要采用以下指标：(1)粒度范围，金属粉末颗粒的大小，通常用颗粒的直径来表征；(2)流动性，是指以一定量粉末流过规定孔径的标准漏斗所需要的时间来表示，通常采用的单位为s/50g，其数值越小说明该粉末的流动性愈好；(3)球形度，颗粒的形状与球体相似的程度；(5)D50，描述粉末粒度分布的指标，指一个样品的累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径。

优选的，该粉末的球形度≥90％，流动性为16～20s/50g。

优选的，粒度分布为：15～65μm。

优选的，粉末的D50为25～40μm。

优选的，含氧量≦200ppm。