一種鐵基碳化鈦激光熔覆材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種鐵基碳化鈦激光熔覆材料，其特征在于，包括以下步驟：步驟一：選取45鋼作為熔覆的基體，用600目砂紙打磨光潔，再用丙酮溶液清除干凈基體表面油污和銹跡；步驟二：調(diào)整鐵基元素含量使其與碳化鈦密度接近，通過機(jī)械混粉器將質(zhì)量百分比10％、20％、30％、40％、50％碳化鈦粉末與鐵基合金粉末混合均勻，用烘干機(jī)烘干水分，將混合粉末預(yù)置在45鋼基體表面，粉末厚度1.5mm；步驟三：使用高功率半導(dǎo)體激光器熔覆，其中激光功率3000～8000W，所選用的光斑寬為4～8mm，焦距370。掃描速度分別為8～16mm/s，保護(hù)氣體為氬氣。
【專利說明】
一種鐵基碳化鈦激光熔覆材料
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于激光熔覆金屬碳化物陶瓷材料領(lǐng)域，尤其涉及一種鐵基碳化鈦粉末激光熔覆材料。
【背景技術(shù)】
[0002]激光熔覆技術(shù)是被廣泛認(rèn)可的一種獲得耐磨、耐熱、抗氧化和抗腐蝕涂層的表面技術(shù)，也是一種實(shí)現(xiàn)工件再制造的成形技術(shù)。它是以高能量密度的激光束為熱源在基材表面熔覆一層合金材料，使熔覆層與基材實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，且在基材表面形成與原有完全不同成分、性能的合金層的表面改性方法。該技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn):如(I)激光能量密度高，加熱速度快，對(duì)基材熱影響小，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。(2)可將基材的稀釋率控制在極低的范圍。(3)熔覆層與基材成冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度高，可以保證涂層在使用過程中不易脫落。(4)適用材料體系廣泛，理論上任何基材表面均能激光熔覆幾乎所有的金屬或陶瓷材料等。(5)還可以用于廢品件的處理，大量節(jié)約加工成本，對(duì)環(huán)境的污染小等。
[0003]激光熔覆技術(shù)自出現(xiàn)以來，在工業(yè)中的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面:(I)在航空航天工業(yè)中的應(yīng)用。航天發(fā)動(dòng)機(jī)磨損是發(fā)動(dòng)機(jī)使用和維修的一大難題，通過激光熔覆可以獲得優(yōu)異性能的熔覆層，為燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)零件的修復(fù)開創(chuàng)了一個(gè)新局面。(2)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上，可以用激光熔覆形成具有優(yōu)良耐磨、耐熱的合金涂層。(3)在模具上的應(yīng)用，工模具的使用決定了許多設(shè)備的生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本。(4)改善金屬材料的耐磨性。激光熔覆是提高金屬材料耐磨性能的有效途徑之一。
[0004]熔覆材料:目前應(yīng)用廣泛的激光熔覆材料主要有:鎳基、鈷基、鐵基合金、碳化鎢復(fù)合材料。在金屬粉末中，自熔性合金粉末的研究與應(yīng)用最多。
[0005]Fe基自熔性合金粉末適用于要求局部耐磨且容易變形的零件，基體多為鑄鐵和低碳鋼，其最大優(yōu)點(diǎn)是成本低且抗磨性能好。但是，與Ni基、Co基自恪性合金粉末相比，F(xiàn)e基自熔性合金粉末存在自熔性較差、熔覆層易開裂、易氧化、易產(chǎn)生氣孔等缺點(diǎn)。在Fe基自熔性合金粉末的成分設(shè)計(jì)上，通常采用B、Si及Cr等元素來提高熔覆層的硬度與耐磨性，用Ni元素來提高熔覆層的抗開裂能力。
[0006]碳化鈦是過渡金屬碳化物，具有高熔點(diǎn)、高硬度、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性，是硬質(zhì)合金的重要原料，因此在結(jié)構(gòu)材料中作為硬質(zhì)相而被廣泛用于制作耐磨材料、切削刀具材料、機(jī)械零件等。與鐵有很好的相容性，因而成為鐵基復(fù)合材料的增強(qiáng)相。
[0007]激光熔覆鐵基合金粉末適用于要求局部耐磨而且容易變形的零件。鎳基合金粉末適用于要求局部耐磨、耐熱腐蝕及抗熱疲勞的構(gòu)件。鈷基合金粉末適用于要求耐磨、耐蝕及抗熱疲勞的零件。陶瓷涂層在高溫下有較高的強(qiáng)度，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)穩(wěn)定性高，適用于要求耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化性的零件。在滑動(dòng)磨損、沖擊磨損和磨粒磨損嚴(yán)重的條件下，純的鎳基、鈷基和鐵基合金粉末已經(jīng)滿足不了使用工況的要求，因此，找到一種提高鐵基激光熔覆涂層的硬度與組織穩(wěn)定性的方法十分重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明針對(duì)上述問題，通過在鐵基粉末中加入碳化鈦粉末的方法，提高了熔覆層與基體的結(jié)合度，提高了熔覆層的硬度、耐磨性、耐腐蝕性。
[0009]本發(fā)明提供一種鐵基碳化鈦激光熔覆材料，其特征在于，包括以下步驟:
[0010]步驟一:選取45鋼作為熔覆的基體，用600目砂紙打磨光潔，再用丙酮溶液清除干凈基體表面油污和銹跡；
[0011 ]步驟二:調(diào)整鐵基粉末成分含量使其密度與碳化鈦接近，通過機(jī)械混粉器將質(zhì)量百分比10%、20 %、30 %、40 %、50 %碳化鈦粉末與鐵基合金粉末混合均勻，用烘干機(jī)烘干水分，將混合粉末預(yù)置在45鋼基體表面，粉末厚度1.5mm;
[0012]步驟三:使用高功率半導(dǎo)體激光器熔覆，其中激光功率為3000?8000W。所選用的光斑寬為4?8mm，焦距370。掃描速度為8?16mm/s，保護(hù)氣體為氬氣，所得熔覆層硬度最高可達(dá) 1323.9HV。
[0013]步驟二中的鐵基合金與碳化鈦粉末的粒度均為50?IΟΟμπι。
[0014]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0015]1、激光熔覆可改善金屬表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等性能；
[0016]2、激光熔覆鐵基合金粉末適用于要求局部耐磨而且容易變形的零件，成本低且抗磨性能好
[0017]3、碳化鈦是過渡金屬碳化物，具有高熔點(diǎn)、高硬度、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性，是硬質(zhì)合金的重要原料，與鐵有很好的相容性，因而成為鐵基復(fù)合材料的增強(qiáng)相。
[0018]4、激光光斑寬度大，能得到較大面積的熔覆層；
[0019]5、得到的熔覆層硬度顯著提高，當(dāng)混合粉末中碳化鈦質(zhì)量百分比分別為10%、20%、30%、40%、50%時(shí)，其熔覆層硬度為950.0?1273.7狀、564.3?965.9狀、675.4?1118.8HV、730.3?1120.3HV、553.6?1323.9HV。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明實(shí)例一的激光熔覆層硬度分布曲線；
[0021]圖2是本發(fā)明實(shí)例一的SEM金相圖片；
[0022]圖3是本發(fā)明實(shí)例二的激光熔覆層硬度分布曲線；
[0023]圖4是本發(fā)明實(shí)例二的SEM金相圖片；
[0024]圖5是本發(fā)明實(shí)例三的激光熔覆層硬度分布曲線；
[0025]圖6是本發(fā)明實(shí)例三的SEM金相圖片；
[0026]圖7是本發(fā)明實(shí)例四的激光熔覆層硬度分布曲線；
[0027]圖8是本發(fā)明實(shí)例四的SEM金相圖片；
[0028]圖9是本發(fā)明實(shí)例五的激光熔覆層硬度分布曲線；
[0029]圖10是本發(fā)明實(shí)例五的SEM金相圖片；
【具體實(shí)施方式】
[0030]實(shí)例一:[0031 ] (I)選取45鋼作為熔覆的基體，用600目砂紙打磨光潔，再用丙酮溶液清除干凈基體表面油污和銹跡；
[0032](2)通過機(jī)械混粉器將質(zhì)量百分比10%碳化鈦與鐵基合金粉末混合均勻，用烘干機(jī)烘干水分，將混合粉末預(yù)置在45鋼基體表面，粉末厚度為1.5mm;
[0033](3)使用高功率半導(dǎo)體激光器熔覆，其中激光功率為3000W。所選用的光斑寬為4mm，焦距370。掃描速度分別為8mm/s，保護(hù)氣體為氬氣；
[0034](4)經(jīng)顯微硬度測(cè)試，所得熔覆層最高硬度為1273.7HV。顯微硬度分布圖如圖1所示，SEM金相圖片如圖2所示。
[0035]實(shí)例二:
[0036](I)選取45鋼作為熔覆的基體，用600目砂紙打磨光潔，再用丙酮溶液清除干凈基體表面油污和銹跡；
[0037](2)通過機(jī)械混粉器將質(zhì)量百分比20%碳化鈦與鐵基合金粉末混合均勻，用烘干機(jī)烘干水分，將混合粉末預(yù)置在45鋼基體表面，粉末厚度為1.5mm;
[0038](3)使用高功率半導(dǎo)體激光器熔覆，其中激光功率為4000W。所選用的光斑寬為5mm，焦距370。掃描速度分別為為10mm/s，保護(hù)氣體為氬氣；
[0039](4)經(jīng)顯微硬度測(cè)試，所得熔覆層最高硬度為965.9HV。顯微硬度分布圖如圖3所示，SEM金相圖片如圖4所示。
[0040]實(shí)例三:
[0041 ] (I)選取45鋼作為熔覆的基體，用600目砂紙打磨光潔，再用丙酮溶液清除干凈基體表面油污和銹跡；
[0042](2)通過機(jī)械混粉器將質(zhì)量百分比30%碳化鈦與鐵基合金粉末混合均勻，用烘干機(jī)烘干水分，將混合粉末預(yù)置在45鋼基體表面，粉末厚度為1.5mm;
[0043](3)使用高功率半導(dǎo)體激光器熔覆，其中激光功率為5000W。所選用的光斑寬為6mm，焦距370。掃描速度分別為12mm/s，保護(hù)氣體為氬氣；
[0044](4)經(jīng)顯微硬度測(cè)試，所得熔覆層最高硬度為1118.8HV。顯微硬度分布圖如圖5所示，SEM金相圖片如圖6所示。
[0045]實(shí)例四:
[0046](I)選取45鋼作為熔覆的基體，用600目砂紙打磨光潔，再用丙酮溶液清除干凈基體表面油污和銹跡；
[0047](2)通過機(jī)械混粉器將質(zhì)量百分比40%碳化鈦與鐵基合金粉末混合均勻，用烘干機(jī)烘干水分，將混合粉末預(yù)置在45鋼基體表面，粉末厚度1.5mm;
[0048](3)使用高功率半導(dǎo)體激光器熔覆，其中激光功率為6000W。所選用的光斑寬為7mm，焦距370。掃描速度分別為14mm/s，保護(hù)氣體為氬氣；
[0049](4)經(jīng)顯微硬度測(cè)試，所得熔覆層最高硬度為1120.3HV。顯微硬度分布圖如圖7所示，SEM金相圖片如圖8所示。
[0050]實(shí)例五:
[0051 ] (I)選取45鋼作為熔覆的基體，用600目砂紙打磨光潔，再用丙酮溶液清除干凈基體表面油污和銹跡；
[0052](2)通過機(jī)械混粉器將碳化鈦粉末與鐵基合金粉末混合均勻制備成熔覆粉末，用烘干機(jī)烘干水分，將熔覆粉末預(yù)置在45鋼基體表面，熔覆粉末厚度為1.5mm，通過調(diào)整鐵基合金粉末成分使其與碳化鈦密度接近，鐵基合金粉末的化學(xué)成分為:0.03wt.%C,0.3wt.%Si，I.0wt.%Ni,12.7wt.%Cr,0.08wt.%B,0.1wt.% V, 1.2wt.%Mn,0.18wt.%Ce02，余量為鐵，碳化鈦粉末在熔覆粉末內(nèi)的質(zhì)量百分含量為50 % ;
[0053](3)使用高功率半導(dǎo)體激光器熔覆，其中激光功率為8000W。所選用的光斑寬為8mm，焦距370。掃描速度分別為為16mm/s，保護(hù)氣體為氬氣；
[0054](4)經(jīng)顯微硬度測(cè)試，所得熔覆層最高硬度為1323.9HV。顯微硬度分布圖如圖9所示，SEM金相圖片如圖1O所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鐵基碳化鈦激光恪覆材料，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:選取45鋼作為熔覆的基體，用600目砂紙打磨光潔，再用丙酮溶液清除干凈基體表面油污和銹跡； 步驟二:通過機(jī)械混粉器將碳化鈦粉末與鐵基合金粉末混合均勻制備成熔覆粉末，用烘干機(jī)烘干水分，將熔覆粉末預(yù)置在45鋼基體表面，熔覆粉末厚度為1.5mm，通過調(diào)整鐵基合金粉末成分使其與碳化鈦密度接近； 熔覆粉末內(nèi)鐵基合金粉末的化學(xué)成分為:0.03wt.%C，0.3wt.%Si，1.0wt.%Ni，12.7wt.% Cr, 0.08wt.%B,0.1wt.%V, 1.2wt.%Mn,0.18wt.%Ce02，余量為鐵，碳化欽粉末在熔覆粉末內(nèi)的質(zhì)量百分含量為50% ; 步驟三:使用高功率半導(dǎo)體激光器熔覆，其中激光功率為8000W，所選用的光斑寬為8mm，焦距370。掃描速度為16mm/s，保護(hù)氣體為氬氣，所得熔覆層硬度最高可達(dá)1323.9HV。2.如權(quán)利要求1所述的一種鐵基碳化鈦激光熔覆材料，其特征在于，步驟二中的碳化鈦粒度為:50?ΙΟΟμπι;鐵基合金粉末的粒度為:50?ΙΟΟμπι。
【文檔編號(hào)】C22C38/46GK105925979SQ201610546420
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年7月8日
【發(fā)明人】雷劍波, 趙冬梅, 王植, 顧振杰, 王云山
【申請(qǐng)人】天津工業(yè)大學(xué)