[发明专利]一种铁基碳化钨与不锈钢异质增材结构及制造方法

说明书

本发明公开了一种铁基碳化钨与不锈钢异质增材结构及制造方法，该结构中每增材道、相邻增材道和相邻增材层均呈超硬铁基碳化钨与软质不锈钢区域交替分布。该增材制造方法采用同一等离子电弧，机器人PLC交替控制铁基碳化钨药芯和不锈钢实芯丝材的不同送丝时间、铁基碳化钨药芯丝材单增材道起始时刻、相邻层间单道起始时刻，实现每增材道、相邻道和相邻层均呈超硬铁基碳化钨与软质不锈钢区域交替分布的交替增材结构。本发明通过铁基碳化钨药芯丝材与不锈钢丝材的异质交替熔化，调整送丝时刻、时间与轨迹，实现了三维超硬铁基碳化钨增材区域与软质不锈钢增材区域交替分布的异质结构，达到超高硬度与高韧性的组合，突破超硬与软质材料增材实现难题。

技术领域

本发明属于电弧增材制造技术领域，具体是一种铁基碳化钨与不锈钢异质增材结构及制造方法。

背景技术

随着工程技术的快速发展，均质金属材料的性能优化与提高已越来越难以满足各种要求，通过两种或两种以上材料的复合能为金属构件的性能提升拓宽技术空间。铁基碳化钨增材件具有高强高硬的特点，但冲击韧性较差，而不锈钢材料冲击韧性较好。另外，碳化钨的增材大多选用粉材为主，效率较低。因此，急需一种超硬铁基碳化钨与软质不锈钢交替熔丝多维异质增材结构来提高构件性能。

专利一种FeNi基激光熔覆掺杂碳化钨/碳化铬复合强化抗高温耐磨涂层及其制备方法(申请号CN201811022429.5)公开了一种碳化钨/碳化铬复合涂层的制备方法。该方法包括了基体预处理,堆焊处理,激光熔覆处理,以及硫化处理等过程，步骤复杂，制得的涂层较薄，不能实现大尺度样件的增材制造，并且设备成本较高。专利一种等离子熔覆复合碳化钨涂层的方法(申请号CN202010068190.6)公开了一种等离子熔覆复合碳化钨涂层的方法。该方法制得的涂层最大限度的利用了碳化钨的耐磨性能，又不会改变镍基合金的冲击韧性，但镍基合金成本较高，且无法实现大尺度样件的增材制造。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁基碳化钨与不锈钢异质增材结构及制造方法，实现三维超硬铁基碳化钨增材区域与软质不锈钢增材区域均呈交替分布的异质结构，达到超高硬度与高韧性的性能组合，突破超硬与软质材料增材实现难题；同时也有效了抑制了熔化铁基碳化钨增材裂纹的产生，突破铁基碳化钨丝材增材成形质量控制难题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种铁基碳化钨与不锈钢异质增材结构，该增材结构在横向X方向、纵向Y方向和垂直Z方向上超硬铁基碳化钨与软质Cr-Ni不锈钢区域均是区域交替分布。

进一步的，该增材结构在纵向Y方向上，软质Cr-Ni不锈钢区域长度小于超硬铁基碳化钨区域的长度，铁基碳化钨增材区域长度L₁为24～45mm，Cr-Ni不锈钢增材区域长度L₂为15～25mm。

进一步的，该增材结构在垂直Z方向上，软质Cr-Ni不锈钢区域厚度与超硬铁基碳化钨区域的厚度接近，厚度δ为1～5mm。

进一步的，增材结构在横向X方向上，软质Cr-Ni不锈钢区域的宽度与超硬铁基碳化钨区域的宽度接近，宽度为5-10mm；软质Cr-Ni不锈钢区域的宽度为增材过程中每一焊道的宽度。

一种基于铁基碳化钨与不锈钢异质增材结构的制造方法，包括以下具体步骤：

(1)使用低温热处理炉加热不锈钢基板达到预设温度，选定增材电流、电弧行进速度、离子气流量和保护气流量工艺参数，在不锈钢基板上引燃电弧；