[发明专利]一种多尺度陶瓷颗粒耦合增强激光熔覆铁基耐磨涂层及其制备方法

说明书

本申请涉及新材料的技术领域，具体公开了一种多尺度陶瓷颗粒耦合增强激光熔覆铁基耐磨涂层及其制备方法，该铁基耐磨涂层由以下重量百分比原料混合后采用激光熔覆方法熔覆于基材表面制得：0.5‑3μm陶瓷颗粒5‑10%；15‑45μm陶瓷颗粒5‑15%；90‑150μm陶瓷颗粒10‑30%；余量为铁基合金粉末；其制备方法为将0.5‑3μm陶瓷颗粒、15‑45μm陶瓷颗粒与90‑150μm陶瓷颗粒以及铁基合金粉末混合并干燥，得到铁基复合粉末，将得到的铁基复合粉末采用激光熔覆在基材上进行熔覆，得到多尺度陶瓷颗粒耦合增强激光熔覆铁基耐磨涂层。本申请具有可以有效提高铁基耐磨涂层的耐磨性的特点。

技术领域

本申请涉及新材料的技术领域，更具体地说，它涉及一种多尺度陶瓷颗粒耦合增强激光熔覆铁基耐磨涂层及其制备方法。

背景技术

激光表面改性是20世纪70年代发展起来的高新技术，它利用激光的高辐射强度、高方向性、高单色性特点作用于构件表面，使材料的表面性能得到提高。激光熔覆是激光表面改性的一种，其原理是通过配制的合金粉末的激光融化，使之成为熔覆层的主体合金，同时用高能激光束辐照金属表面，熔化一薄层基体金属，使金属基体表面薄层和熔覆合金一起快速熔化、反应、凝固形成具有特殊性能如高硬度、耐磨耐蚀等熔覆层。因激光熔覆改性技术解决了振动焊、氩弧焊、喷涂、镀层等传统工艺方法无法解决的选材局限性、工艺过程的热应力、热变形、基体材料结合强度难以保证等问题，而且激光熔覆层与基体呈冶金结合，工件热变形小，热影响区窄，熔覆层稀释率低、粉末利用率高，且绿色无污染，便于工业化生产，前景广阔，其应用领域覆盖了矿山机械、石油化工、电力、铁路、汽车、船舶、冶金、航空等多个行业。

铁基合金具有成本低廉，力学性能好，机加工和焊接性能好，耐腐蚀等一系列优点，用途广泛。铁基合金作为熔覆材料与钢铁材料表面结合强度高，因此常被用于表面防护和表面修复领域。但是随着各行业对于材料的性能要求逐渐提高，特别是一些机械设备关键部位的工况愈加严苛，磨损也越发严重。采用高熔点、高硬度和高耐磨的陶瓷颗粒增强铁基材料，制备复合耐磨涂层是解决这一问题的有效手段。金属陶瓷颗粒作为增强相加入铁基合金能够有效提高材料的耐磨性。

目前常用的引入陶瓷颗粒的方法有原位自身法，原位自生法是借助于合金中的化学反应直接生成尺寸细小、分布均匀的陶瓷增强相，这种增强相与基体之间原位匹配，界面结合性和热力学稳定性好，合金的强韧性较好，但是细小的陶瓷颗粒在面临较高应力的磨损条件时难以起到良好的骨架支撑作用，对基体的保护性不足，其得到的熔覆层耐磨性较差。

发明内容

为了有效提高熔覆层的耐磨性，本申请提供一种多尺度陶瓷颗粒耦合增强激光熔覆铁基耐磨涂层及其制备方法。

第一方面，本申请提供的一种多尺度陶瓷颗粒耦合增强激光熔覆铁基耐磨涂层采用如下的技术方案：

一种多尺度陶瓷颗粒耦合增强激光熔覆铁基耐磨涂层，由以下重量百分比原料混合后，采用激光熔覆方法熔覆于基材表面制得：

0.5-3μm陶瓷颗粒5-10％；

15-45μm陶瓷颗粒5-15％；

90-150μm陶瓷颗粒10-30％；

余量为铁基合金粉末。

通过采用上述技术方案，本申请中采用特定添加比例的亚微米、微米和亚毫米级别的陶瓷颗粒与铁基合金粉末作为熔覆原料，再结合激光熔覆方法，且亚微米、微米和亚毫米陶瓷颗粒的粒度范围分别为0.5-3μm、15-45μm和90-150μm，使得铁基合金粉末在高能激光能量的作用下形成熔池，亚微米陶瓷颗粒也在高能激光作用下完全熔入熔池，并在熔池凝固过程中原位析出，得到均匀分布的纳米级的原位自生陶瓷相，亚微米陶瓷颗粒的熔解、析出不仅使得熔覆层基体(铁基合金粉末与陶瓷颗粒中如亚微米陶瓷颗粒熔融后形成的基体)得到固溶强化，同时熔覆层基体上弥散分布细小的纳米陶瓷相起到弥散强化的效果，有效提高熔覆层基体的强韧性；