[发明专利]激光熔覆增材制造用三元硼化物和碳化物强化金属陶瓷粉末及其制备与应用

说明书

本发明涉及激光熔覆增材制造用三元硼化物和碳化物强化金属陶瓷粉末及其制备与应用，其元素的含量以质量百分比计为，25‑40％Mo，3‑5％B，30‑35％Cr，3‑5％C，1‑3％Ti，余为Fe。本发明合金粉末用于激光熔覆增材制造，其熔敷速度大、生产率较高，基体金属与激光熔覆沉积态金属呈冶金结合状态，结合强度高，热输入量低，稀释率小。本发明的强化相均匀分布于粉末内，得到了成分均匀、球形度好、卫星球较少的复合材料粉末。

技术领域

本发明属于粉末材料领域，尤其涉及激光熔覆增材制造用三元硼化物和碳化物复合强化的金属陶瓷合金粉末，可用于抗冲击耐磨件工作层的激光熔覆增材制造和再制造。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

增材制造(3D打印)技术自20世纪90年代“诞生”以来，从一开始高分子材料的打印逐渐聚焦到金属粉末的打印，相比于其它成型工艺，金属增材制造由于具有不受零件复杂程度约束、材料利用率高且可显著缩短研制周期等技术优势，使其在航空航天、汽车、生物医药和建筑等领域的应用范围逐步拓宽。球形金属粉末材料是金属增材制造工艺的原材料和耗材。

目前制备上述粉末的技术主要有高压氩气雾化制粉技术、同轴射流水—气联合雾化制粉技术、等离子旋转电极雾化制粉技术、等离子火炬雾化制粉技术和无坩埚电极感应熔化气体雾化制粉技术等，其中气雾化制粉技术比较成熟，也最为常用。

为了改善气雾化制备的金属粉末特性，国内外学者进行了大量的实验研究。欧美真空感应气雾化技术研究起步较早，并最先进行工业化生产应用，在技术水平和全球市场占有率方面处于绝对领先地位。以瑞典金属粉末生产服务商赫格纳斯(Hgans)、美国卡朋特科技(Carpenter)公司、德国世泰科(H.C.Starck)集团为代表，采用感应熔炼气雾化技术生产球形金属粉末，产品种类涵盖镍基、铁基和钴基合金，粉末应用领域涉及注射成型、增材制造、表面沉积、超音速喷涂、等离子堆焊、激光熔覆等。

三元硼化物Mo₂FeB₂金属陶瓷具有高熔点、高硬度、优异的高温稳定性和耐腐蚀性能，广泛应用于汽车、能源、装备制造、模具制造等领域，是目前三元硼化物金属陶瓷领域的研究热点。Mo₂FeB₂基金属陶瓷的主要制备原料为Mo、Fe、B等低价原料，制备成本远低于硬质合金，且不需要使用W、Co等战略物资。目前三元硼化物的制备方法主要采用真空反应烧结法。Mo₂FeB₂金属陶瓷以铁为基体材料，三元硼化物Mo₂FeB₂为强化硬化相，三元硼化物Mo₂FeB₂与铁的线膨胀系数接近，使其在熔覆时热应力较小，具有优异的抗裂性能，是一种应用前景广阔的增材制造用粉末材料。但发明人发现：目前国内外对增材制造用三元硼化物Mo₂FeB₂金属陶瓷微细球形粉末的研究还不多。

高铬铸铁型铁基自熔合金粉末是目前使用较广泛、性价比较高的耐磨合金粉末，常用Fe-Cr-C-B-Si合金系，典型成分为4.0-5.0％C、35.0-50.0％Cr、2.5-3.0％B、2.0-3.0％Si(质量％)。其熔覆合金层由于含有较多粗大的柱状M₇C₃碳化物，在冲击载荷作用下容易脱落，耐冲击性能较差，且表面容易出现裂纹。因此，提高高铬铸铁合金粉末熔覆金属的抗冲击性能受到业界的普遍关注。

复合粉末近年来日益成为研究和应用的热点，它是由两种或两种以上具有不同性能的固相所组成，不同的相之间有明显的相界面，是一种新型工程材料。组成复合粉末的成分，可以是金属与金属、金属(合金)与陶瓷、陶瓷与陶瓷、金属(合金)与塑料、金属(合金)与石墨等，范围十分广泛，几乎包括所有固态工程材料。

发明内容