一种高硅高铌涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高硅高铌涂层的制备方法，步骤包括：钢合金表面预处理、熔覆粉末配置及球磨、粉末预置、激光烧结。熔覆粉末中各成分及质量百分比为：Fe 48‑54%，Ti 4‑10%，Si 12‑17%，B 7‑12%，Nb 16‑20%。性能测试结果表明，本发明专利技术可以有效提高钢合金在高温环境中的抗氧化性，并得到了高硬度和高耐磨性涂层表面。

【技术实现步骤摘要】
一种高硅高铌涂层的制备方法
本专利技术属于合金表面涂层改性的
，具体涉及一种在钢合金表面采用激光熔覆制备高硅高铌涂层的方法。
技术介绍
激光熔覆技术的研究已有约30年的历史，尽管有关的理论和试验性质的研究很多，但这项技术并未在实际工业生产中得到广泛的应用，研制激光熔覆相关的专用合金越来越受到关注。通过对表面加工方式相关专利和论文的研究了解得到，现在的表面处理方式单一且工艺参数不稳定，得到的涂层综合性能不能满足服役条件复杂的场合。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，提出一种制备高硅高铌涂层的方法。技术方案如下：本专利技术采用激光熔覆在钢合金基材表面熔覆粉末材料，目的在于得到高硬度、高耐磨性且结合紧密的涂层。具体包括以下步骤：（1）对钢合金进行预处理：去除钢合金表面氧化膜、残存的油污及杂质，干燥后备用；（2）将Fe粉、Ti粉、Si粉、B粉、Nb粉按质量百分比为（48-54%）:（4-10%）:（12-17%）:（7-12%）:（16-20%）的比例混合均匀制得熔覆粉末；（3）将熔覆粉末制成干燥条状预置层放于基材上，并在真空炉内300-350℃预热0.5-1h，然后在Ar、N2或者N2-Ar混合气体保护环境中，经激光熔覆仪把钢合金基材同预置层一起熔化，利用高能激光束在钢合金上制备涂层。优选地，步骤（1）具体包括以下步骤，用砂纸打磨钢合金，去除表面氧化膜，将打磨后的钢合金放入质量百分浓度为4-6%的NaOH水溶液中浸泡5-10min，然后用清水冲洗并放入无水乙醇中超声清洗，去除表面残存的油污及杂质；清洗完毕后，于60-80℃干燥0.5-1h。优选地，Fe粉、Ti粉、Si粉、B粉、Nb粉的纯度均不小于99.95%。优选地，步骤（2）中通过球磨的方式将Fe粉、Ti粉、Si粉、B粉、Nb粉混合均匀，球磨的参数为球磨转速为45-60r/min，球料比为15:1-20:1，球磨时间为2.5-3h，球磨后平均粒度为200-300目。优选地，步骤（3）采用的激光熔覆仪为CO2激光器，激光功率为3-5kW，光斑直径为2-3mm，扫描速度为330-460mm·min-1，优选地，步骤（3）中保护气体流速为18-30L·h-1。本专利技术有益效果及创新点如下：1、材料的宏观形貌良好，产生了稀释率低、气孔率低且结合紧密的涂层；2、激光加工制得的涂层纵向打点，显示具有高的显微硬度，且耐磨损性能有明显提高；3、本专利技术元素Si和Nb含量高，Si能够降低铁基体的熔点，增强熔层抗氧化和造渣能力，形成硬质相；Nb能够替位Nb原子强化铁晶界的作用、限制硬质相长大、抑制晶间腐蚀、降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。附图说明图1为实施例1制得的涂层的金相图；图2为实施例2制得的涂层的金相图；图3为实施例3制得的涂层的金相图；图4为实施例4制得的涂层的金相图；图5为实施例1制得的涂层的SEM显微图；图6为实施例2制得的涂层的SEM显微图；图7为实施例3制得的涂层的SEM显微图；图8为实施例4制得的涂层的SEM显微图；图9为实施例1-4的显微硬度趋势图。具体实施方式为了加深对本专利技术的理解，下面结合实施例对本专利技术作进一步详述，该实施例仅用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术保护范围的限定。本专利技术中熔覆材料各组分来源信息如下表所示：实施例1一种在45钢表面制备高硅高铌涂层的方法，具体包括以下步骤：（1）用金相砂纸打磨45钢，去除表面氧化膜，将打磨后的45钢放入质量百分浓度为4%的NaOH水溶液中浸泡10min，然后用清水冲洗并放入无水乙醇中超声清洗，去除表面残存的油污及杂质；清洗完毕后，于60℃干燥1h；（2）以纯度为99.99%的Fe粉、Ti粉、Si粉、B粉、Nb粉为原料，按照质量百分比为48%:10%:17%:7%:18%的比例，通过球磨的方式将Fe粉、Ti粉、Si粉、B粉、Nb粉混合均匀制得熔覆粉末，球磨的参数为球磨转速45r/min，球料比15:1，球磨时间3h。球磨后平均粒度为200目，45钢基材尺寸为40mm×10mm×6mm；（3）将熔覆粉末制成30mm×4mm×2mm的干燥条状预置层放于基材上，并在真空炉内300℃预热1h。然后在N2保护环境中，经激光熔覆仪把45钢基材同预置层一起熔化，通过高能激光束加工后在45钢上形成涂层。采用的激光熔覆仪为CO2激光器，激光功率为4kW，光斑直径为3mm，扫描速度为400mm·min-1，N2流速为18L·h-1。利用线切割机器把步骤（3）得到的涂层加工成块状，辅以双氧树脂进行镶样，用不同粒度的砂纸制得金相试样，并用HF溶液腐蚀，观看其金相图片和扫描电镜图片，其金相图片如图1所示，其SEM显微图如图5所示，从图中可以看出裂纹夹杂较少；利用显微硬度仪测量涂层和基材的硬度，结果如图9所示，本实施例制得的涂层的硬度值出现波动，出现起伏，涂层的硬度值从表面到结合区呈降低的趋势。实施例2一种在45钢表面制备高硅高铌涂层的方法，具体包括以下步骤：（1）用金相砂纸打磨45钢，去除表面氧化膜，将打磨后的45钢放入质量百分浓度为5%的NaOH水溶液中浸泡8min，然后用清水冲洗并放入无水乙醇中超声清洗，去除表面残存的油污及杂质；清洗完毕后，于70℃干燥0.7h；（2）以纯度为99.97%的Fe粉、Ti粉、Si粉、B粉、Nb粉为原料，按照质量百分比为54%:4%:12%:10%:20%的比例，通过球磨的方式将Fe粉、Ti粉、Si粉、B粉、Nb粉混合均匀制得熔覆粉末，球磨的参数为球磨转速50r/min，球料比17:1，球磨时间3h。球磨后平均粒度为250目，45钢基材尺寸为40mm×10mm×6mm；（3）将熔覆粉末制成30mm×4mm×2mm的干燥条状预置层放于基材上，并在真空炉内325℃预热0.7h。然后在Ar保护环境中，经激光熔覆仪把45钢基材同预置层一起熔化，通过高能激光束加工后在45钢上形成涂层。采用的激光熔覆仪为CO2激光器，激光功率为3kW，光斑直径为2mm，扫描速度为330mm·min-1，Ar流速为20L·h-1。利用线切割机器把步骤（3）得到的涂层加工成块状，辅以双氧树脂进行镶样，用不同粒度的砂纸制得金相试样，并用HF溶液腐蚀，观看其金相图片和扫描电镜图片，其金相图片如图2所示，其SEM显微图如图6所示，从图中可以看出裂纹夹杂较少；利用显微硬度仪测量涂层和基材的硬度，结果如图9所示，从图9可以看出本实施例制得的涂层显微硬度较高，且硬度值从表面到结合区呈先升高再降低的趋势，即元素之间形成的硬质相多于表面，强化相也集中在距离表面0.4mm处区域，晶粒细化程度也更明显。实施例3一种在45钢表面制备高硅高铌涂层的方法，具体包括以下步骤：（1）用金相砂纸打磨45钢，去除表面氧化膜，将打磨后的45钢放入质量百分浓度为6%的NaOH水溶液中浸泡5min，然后用清水冲洗并放入无水乙醇中超声清洗，去除表面残存的油污及杂质；清洗完毕后，于80℃干燥0.5h；（2）以纯度为99.95%的Fe粉、Ti粉、Si粉、B粉、Nb粉为原料，按照质量百分比为51%:7%:14%:12%:16%的比例，通过球磨的方式将Fe粉、Ti粉、Si粉、B粉、Nb粉混合均匀制得熔覆粉末，球磨的参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高硅高铌涂层的制备方法，包括以下步骤：（1）对钢合金进行预处理；（2）将Fe粉、Ti粉、Si粉、B粉、Nb粉按质量百分比为（48‑54%）:（4‑10%）:（12‑17%）:（7‑12%）:（16‑20%）的比例混合均匀制得熔覆粉末；（3）将熔覆粉末制成干燥条状预置层放于钢合金基材上，并在真空300‑350℃预热0.5‑1h，然后在保护气体环境中，经激光熔覆仪把钢合金基材同预置层一起熔化，利用高能激光束在钢合金上制备涂层。

【技术特征摘要】
1.一种高硅高铌涂层的制备方法，包括以下步骤：（1）对钢合金进行预处理；（2）将Fe粉、Ti粉、Si粉、B粉、Nb粉按质量百分比为（48-54%）:（4-10%）:（12-17%）:（7-12%）:（16-20%）的比例混合均匀制得熔覆粉末；（3）将熔覆粉末制成干燥条状预置层放于钢合金基材上，并在真空300-350℃预热0.5-1h，然后在保护气体环境中，经激光熔覆仪把钢合金基材同预置层一起熔化，利用高能激光束在钢合金上制备涂层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）具体包括以下步骤：用砂纸打磨钢合金，去除表面氧化膜，将打磨后的钢合金放入质量百分浓度为4-6%的NaOH水溶液中浸泡5-10min，然后用清水冲洗并放入无水乙醇中超声清洗，去除表面残存的油污及杂质；清洗完毕...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪喜，郝轩弘，张璐璐，赵艳爽，刘子峰，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53