[发明专利]耐磨铁基高速激光熔覆涂层材料及应用

说明书

本发明公开了一种耐磨铁基高速激光熔覆涂层材料及应用，该材料适用于高速激光熔覆工艺及铁基母材，包括以下按重量百分比计的组分：铁基合金粉末60‑80％，碳化硅粉末6‑20％，钛粉末10‑30％；所述铁基合金粉末为Fe‑Cr‑Ni‑Mo合金，其中Cr质量分数为15‑20％，Ni质量分数为1‑5％，Mo质量分数为1‑2％，余量为Fe；或所述铁基合金粉末为Fe‑Ni‑Mo合金，其中，Ni质量分数为20‑30％，Mo质量分数为1‑2％，余量为Fe；所述碳化硅为α晶型。经高速激光熔覆工艺所得涂层具有优异的硬度、耐磨性、耐冲击性和耐腐蚀性，特别适用于矿山凿岩、工程掘进、钢铁输送、轧辊等对耐磨性要求苛刻的工况条件，具有极高的应用价值。

技术领域

本发明涉及激光熔覆技术领域，尤其是涉及耐磨铁基高速激光熔覆涂层材料及应用。

背景技术

现有的涂覆技术，如热喷涂和等离子堆焊技术，由于其能量密度不足以熔化诸多性能优异的难熔金属及金属陶瓷材料，只能熔化低熔点合金粉末，表面改性效果有限，主要用于修复机械设备零部件的磨损，难以得到广泛应用，尤其不能解决诸多磨损方面的市场痛点。

电镀层虽然可以实现表面增硬，提高耐磨性，但是存在明显不足，例如镀层厚度、镀层结合强度、氢脆性、抗冲击性差、环保等方面的问题。因镀层薄，镀层结合可靠性不够，对于形状复杂的构件、大型构件均不能完成，耐磨性有限。基于电镀不可避免的氢脆作用，失效的方式一般是剥落脱落，修复工艺为去除电镀层，重新电镀，而脱落的镀层为不连续状，因此去除残余电镀层非常困难，修复成本高。

常规激光熔覆的能量密度高于等离子、热喷涂等工艺，但是低于高速激光熔覆，涂层耐磨性依然有限，不能实现性能优异的难熔材料如金属陶瓷材料的应用。对于高速激光熔覆，目前所用金属粉主要用于防腐涂层的制备，涂层耐磨性不好。

现有耐磨性涂层广泛使用NiCr碳化钨粉末，需要长时间熔化粘结剂以浸润碳化钨颗粒，与之匹配的热源是等离子，强化机理是包镶，需要做碳化钨的表面改性处理，使粘结剂与碳化钨颗粒充分浸润，保证包镶的强度。这种技术对碳化钨的表面处理技术要求很高，要求碳化钨颗粒的硬度很高，且粘结剂与碳化钨之间不是化学键，而是润湿后的包镶。国产的镍铬碳化钨涂层，没有颗粒表面改性技术，碳化钨颗粒硬度不及先进技术的一半，在磨粒磨损中以磨粒脱落的方式失效，冲击载荷作用下，会产生裂纹，不适合长时间的碾压破岩，泥浆管道输送，尤其不适合高温耐磨环境。

发明内容

目前的表面增材技术，如热喷涂、等离子堆焊、低速激光熔覆等，分别有对应的粉末，但所获得的涂层都不能同时具备耐磨、耐冲击和耐腐蚀特性。为解决这一问题，发明人基于高速激光熔覆能量密度高及母材稀释率小的特性，提供一种与之适配的耐磨铁基高速激光熔覆涂层材料，可获得硬度高及耐磨性、耐冲击性和耐腐蚀性优异的涂层，特别适用于矿山凿岩、工程掘进、钢铁输送、轧辊等工况。

根据本发明第一方面的实施例，提供一种耐磨铁基高速激光熔覆涂层材料，适用于高速激光熔覆工艺及铁基母材，该材料采用铁基合金粉末、碳化硅粉末与钛粉末复配，铁基合金粉末优选为Fe-Cr-Ni-Mo合金，其中Cr质量分数为15-20％，Ni质量分数为1-5％，Mo质量分数为1-2％，余量为Fe，即FeCr(15-20)Ni(1-5)Mo(1-2)；或优选为Fe-Ni-Mo合金，其中，Ni质量分数为20-30％，Mo质量分数为1-2％，余量为Fe，即FeNi(20-30)Mo(1-2)；更优选为FeCr18Ni4Mo2或FeNi20Mo2或FeNi30Mo2。碳化硅优选为α晶型。

按重量百分比计，铁基合金粉末含量优选为60-80％；碳化硅粉末含量优选为6-20％，更优选为6-15％；钛粉末含量优选为10-30％，更优选为10-25％。

第二方面，提供一种涂层的制备方法，包括以下步骤：将上述耐磨铁基高速激光熔覆涂层材料的各组分按配比调制成浆料，造粒，干燥，制成混合粉末；混合粉末经高速激光熔覆工艺制得涂层。高速激光熔覆工艺的功率优选为2～6kW，线速度优选为3～10m/min。造粒的方法优选是离心喷雾。