铁基激光熔覆粉末及熔覆层制备方法技术

本发明专利技术公开了铁基激光熔覆粉末及熔覆层制备方法，按质量百分数由如下元素组成C为0.5～1%，Cr为20～22%，Ni为10～11%，Al为9.5～10.5%，Mo为4.5～5.5%，CeO2为1～1.5%，余量为Fe。使用时，将配制好的激光熔覆粉末通过酒精混合成糊状或膏状后，涂覆在基体材料表面，晾干后通过激光熔覆即可获得复合涂层。本发明专利技术技术方案具有一定的抗氧化和耐腐蚀性能，塑性较好，成本低廉，工艺简单，控制方便，简单易行，不仅适合实验室研究，也适合于生产加工。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，按质量百分数由如下元素组成C为0.5～1%，Cr为20～22%，Ni为10～11%，Al为9.5～10.5%，Mo为4.5～5.5%，CeO2为1～1.5%，余量为Fe。使用时，将配制好的激光熔覆粉末通过酒精混合成糊状或膏状后，涂覆在基体材料表面，晾干后通过激光熔覆即可获得复合涂层。本专利技术技术方案具有一定的抗氧化和耐腐蚀性能，塑性较好，成本低廉，工艺简单，控制方便，简单易行，不仅适合实验室研究，也适合于生产加工。【专利说明】
本专利技术涉及激光熔覆材料领域，更加具体地说，涉及一种全新合金体系的铁基激 光熔覆粉末材料及熔覆层制备方法。
技术介绍
激光熔覆技术是激光表面改性技术中的重要组成部分，由于可以显著改善材料的 耐磨性、耐蚀性、耐热性以及一些电气性能，在生产应用中得到快速发展。然而当前采用的 激光熔覆粉末一方面是沿用热喷涂材料的镍基、铁基、钴基自熔性合金粉末；另一方面就是 在合金粉末中添加 WC、TiC、SiC等陶瓷材料来提高熔覆层的硬度和耐磨性，但其裂纹敏感 性也会增加。因此，研究具有良好耐磨性、耐蚀性和抗热性等综合性能的激光熔覆粉末，用 于机械零件易损部位的修复，获得耐磨、耐蚀层，可以大大延长机器设备的使用寿命，不仅 可以提高生产效率，还能够克服在堆焊、热喷涂等传统表面处理技术中普遍存在的工件变 形大和结合强度低的问题，具有巨大的发展潜力。然而当前采用的激光熔覆粉末一方面是 沿用含有硼和硅的热喷涂用自熔合金粉末，其不足之处在于绝大多数自熔合金粉末中硼和 硅的含量较高，由于激光熔覆过程中冷却速度快，使得一些夹杂如硼硅酸盐无法顺利从快 速凝固的熔池内浮出，导致激光熔覆层开裂敏感性较大；另一方面就是采用含有三四种元 素的专用粉末，不适合大范围推广使用。因此，研究不含硼和硅的全新合金体系的激光熔覆 粉末显得十分必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，针对现有激光熔覆粉末材料进行改进以 解决上述技术问题。 本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现： 铁基激光熔覆粉末，按照质量百分比（即各个组分之和为100%)由下述组分组 成： C 为 0· 5 ?1%，Cr 为 20 ?22%，Ni 为 10 ?11%，A1 为 9. 5 ?10. 5%，Mo 为 4. 5 ? 5. 5%，Ce02 为 1 ?1. 5%，余量为 Fe。 优选如下组分和含量：C为(λ 5?(λ 8%，Cr为21?22%，Ni为10?11%，A1为 10 ?10. 5%，Mo 为 5 ?5. 5%，Ce02 为 1 ?L 2%，余量为 Fe。 在上述铁基激光熔覆粉末中，选用各个组分均为纯度大于等于99%的粉末，粒径 为100-500目，优选200-300目，即铁粉、络粉、镇粉、错粉、钥粉、石墨粉、二氧化铺。 在本专利技术的技术方案中，Cr和Mo为主要的合金元素，其中Cr主要用于提高淬透 性，产生固溶强化，促进Μ的形成，在高合金超高强度钢的设计中，Cr有促进二次硬化效应 (取代M 〇2C中的Mo形成（Mo、Cr)2C)，形成细小弥散的沉淀相，提高硬度和拉伸屈服强度；Mo 也可提高淬透性，产生固溶强化，抑制回火脆性，形成Mo2C，增进二次硬化效应，Mo还为细化 晶粒和强化固溶体的元素，对α-Fe有较强的固溶强化作用，能减缓扩散过程的发生，从而 使位错不易在晶体点阵中发生移动。Mo可以提高基体原子的扩散激活能，在熔覆层中可以 延长"多边形化"过程的时间，进而防止出现"多边化"裂纹，并能提高合金的塑性。Ni则主 要用于提高润湿性和改善熔覆层性能。 在本专利技术技术方案中，加入A1主要用于替代B和Si来脱氧，还可以提高合金的高 温塑性，减少熔覆层的收缩率，从而可以获得不含裂纹的熔覆层。当C的含量在不高于1% 时，碳含量越高越有利于获得硬度高、耐磨性好的熔覆层，以及形成足够数量增强碳化颗粒 相，但含碳量过分的增高，将使得熔覆层金属抗裂性变差，因此将C含量控制在0. 5?1%。力口 入一定量的Ce02，一方面可以对晶界进行净化，进一步降低其有害杂质的含量；另一方面， 稀土本身作为一种活性物质，能够降低晶界界面张力，从而减小晶粒长大的驱动力，抑制了 晶粒长大的倾向，同时，形成的稀土化合物在一次结晶过程中也可以作为形核核心，增加形 核数目，从而细化晶粒，具有变质强化的作用。 在进行制备时，准确称量各个组分的质量后，将其进行充分混合以均匀即可，例如 采用电子称称取各种元素的粉末后，在研钵中机械研磨半小时使其混合均匀。 利用本专利技术的铁基激光熔覆粉末应用到激光熔覆焊接中，将铁基激光熔覆粉末和 乙醇混合后，均匀涂覆在基体材料表面，风干后通过激光熔覆即可获得熔覆层。 其中所述乙醇选用分析纯的无水乙醇；在铁基激光熔覆粉末和乙醇混合物中，按 照质量百分数由92?95%的激光熔覆粉末和5?8%的乙醇组成。 在铁基激光熔覆粉末和乙醇混合后，形成糊状或膏状，以便于在基体材料表面进 行涂覆，经涂覆后形成预制层，所述预制层厚度为1 一 2mm。 在进行激光熔覆时，选用基体材料为42CrM〇钢，优化工艺参数为：激光功率为 1550?1650KW，光斑直径为0. 8 - 1mm，扫描速度为150- 200mm/min，离焦量为0,保护气体 采用氩气、氮气或者氦气，气体流量为20- 25L/min ;优选激光功率为1580?1620KW，光斑 直径为0. 8 - 1mm，扫描速度为180- 200mm/min，离焦量为0,保护气体采用氩气，气体流量 为 22- 25L/min。 与现有技术相比，本专利技术具有如下优点： (1)本专利技术创造性的提出通过A1的加入来替代B和Si来脱氧，还可以减少熔覆层 的收缩率，从而可以获得没有裂纹的熔覆层。 (2 )本专利技术的激光熔覆粉末具有较高的硬度，且成本较低。 (3)本专利技术作为全新合金体系的铁基激光熔覆粉末材料，由于Cr和Mo的存在可以 提高耐磨性，可以用于要求具有一定耐磨性、耐蚀性的工程机械的表面修复。 【具体实施方式】 下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案，其中使用各个药品如下表所 /_J、1 〇 【权利要求】1. 铁基激光熔覆粉末，其特征在于，按照质量百分比由下述组分组成：石墨粉为0. 5? 1%，Cr 为 20 ?22%，Ni 为 10 ?11%，A1 为 9. 5 ?10. 5%，Mo 为 4. 5 ?5. 5%，Ce02 为 1 ? 1.5%，余量为卩6。2. 根据权利要求1所述的铁基激光熔覆粉末，其特征在于，优选如下组分和含量：石墨 粉为 0· 5 ?0· 8%，Cr 为 21 ?22%，Ni 为 10 ?11%，A1 为 10 ?10. 5%，Mo 为 5 ?5. 5%，Ce02 为1?1. 2%，余量为Fe。3. 根据权利要求1或者2所述的铁基激光熔覆粉末，其特征在于，选用各个组分均为纯 度大于等于99 %的粉末，粒径为100- 500目，优选200- 300目。4. 一种利用如权利要求1所述的铁基激光熔覆粉末制备熔覆层的方法，其特征在于， 将铁基激光熔覆粉末和乙醇混合后，均匀本文档来自技高网...

【技术保护点】
铁基激光熔覆粉末，其特征在于，按照质量百分比由下述组分组成：石墨粉为0.5～1%，Cr为20～22%，Ni为10～11%，Al为9.5～10.5%，Mo为4.5～5.5%，CeO2为1～1.5%，余量为Fe。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗震，谈辉，颜福裕，姚杞，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12