一种铁基合金梯度熔覆层及其制备方法技术

一种铁基合金梯度熔覆层及其制备方法，涉及一种金属表面熔覆层及其制备方法，该熔覆层从基体向上由底层、夹层和顶层三层熔覆层组成，这三层熔覆层是通过逐层熔覆三种不同的铁基合金粉末而成，这三种铁基合金粉末为FJ-1粉末、铁基合金粉末1号和高铬铁基合金粉末，在制备该熔覆层时，每种粉末按照特定的工艺参数进行激光熔覆，层间停光时间均为10min，层间激光扫描路径相互垂直，最终形成熔覆厚度可达2.75mm、表面硬度可达60HRC的梯度熔覆层。该熔覆层主要特点为三层的显微硬度不是固定值，本发明专利技术的梯度熔覆层技术应用到H13钢工件的磨损区域进行修复和在H13钢工件上快速成型构件有较大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属表面恪覆层及其制备方法，特别是涉及一种铁基合金梯度恪 覆层及其制备方法。
技术介绍
近年来，激光熔覆技术发展迅速，该技术应用到H13钢表面的试验探究也非常多 见，据目前研究来看，主要还是倾向于寻找高效的熔覆粉末进行熔覆，例如特种金属粉末和 陶瓷粉末等，从而得到较为理想的H13钢表面熔覆效果，这种方案没有着重考虑所的熔覆 层与基体的硬度过渡过大的现象，从而使得实际应用是会出现熔覆层破裂脱落的现象。再 者是选用了过渡层，但选择的熔覆材料不能达到一个较为经济可行的效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，本专利技术选取了三 种铁基合金粉末和高铬铁基合金粉末，将三种粉末各熔覆一层堆积三层，梯度熔覆层的显 微硬度分布呈现出由基体到顶层显微硬度逐层增加的特性，应用到H13钢工件的磨损区域 进行修复和在H13钢工件上快速成型构件有较大的应用前景。 本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的： 一种铁基合金梯度熔覆层，所述熔覆层包括底层、夹层和顶层，对应三层的三种熔覆粉 末为FJ-1粉末、铁基合金粉末1号和高铬铁基合金粉末；底层、夹层和顶层三层的显微硬度 逐层升高，顶层显微硬度最高达721HV，平均值为681HV ;FJ-1粉末的成分为C 0. 07%、Cr 18.64%、511.08%、]\1〇2.69%、附1.01%、]\111〇.43%、？6余量；铁基合金粉末1号的成分为 C0.16%、Cr 15.72%、Si 1.16%、Mol.56%、Ni3.83%、Mn0.47%、Fe 余量；高铬铁基合金 粉末的成分为 C 0.16%、Cr 25.02%、Si 1.16%、Mol.56%、Ni3.83%、Mn0.47%、Fe 余量。 所述的一种铁基合金梯度熔覆层，所述熔覆层厚度为2. 75mm，熔池深度为 1. 23mm，熔覆层厚度为1. 52mm，表面粗糙度为Ra=0. 619 μ m。 所述的一种铁基合金梯度熔覆层，所述底层、夹层和顶层的激光扫面路径相互垂 直。 -种铁基合金梯度熔覆层制备方法，所述方法包括在激光熔覆系统下，经过激光 同步送粉熔覆形成的多层熔覆层，选取三种铁基合金粉末FJ-1粉末、铁基合金粉末1号和 高铬铁基合金粉末，通过梯度熔覆工艺将三种粉末各熔覆一层形成三层堆积的熔覆层，使 得显微硬度逐层梯度增加，最终形成表面硬度可达60HRC的梯度熔覆层；FJ-1粉末的熔覆 工艺参数为激光功率为800W，送粉电压为12V，扫描速度为5mm/s，道间距离0. 7mm ;铁基合 金粉末1号的熔覆工艺参数为激光功率为900W，送粉电压为10V，扫描速度为7mm/s，道间距 离0. 8mm ;高铬铁基合金粉末的熔覆工艺参数为激光功率为900W，送粉电压为9V，扫描速度 为7mm/s，道间距离0· 8mm。 所述的一种铁基合金梯度熔覆层制备方法，所述熔覆层制备激光的光斑直径均为 2mm 〇 所述的一种铁基合金梯度熔覆层制备方法，所述熔覆层的制备层间停光时间均为 10min〇 本专利技术的优点与效果是： 1.本专利技术选取了三种铁基合金粉末FJ-1粉末、铁基合金粉末1号和高铬铁基合金粉 末，按照一定的工艺参数将三种粉末各熔覆一层堆积三层，并且层间停光时间均为lOmin， 层间激光扫描路径为相互垂直，三种粉末按熔覆顺序分别为底层、夹层和顶层，由于三种粉 末在熔覆时表现出了不同的效果，梯度熔覆层的显微硬度分布呈现出由基体到顶层显微硬 度逐层增加的特性，最终形成熔覆厚度可达2. 75_、表面硬度可达60HRC的梯度熔覆层。将 得到的铁基合金梯度熔覆层应用到H13钢工件的磨损区域进行修复和在H13钢工件上快速 成型构件有较大的应用前景。 2.本专利技术熔覆层三层的显微硬度不是固定值，而是呈现从基体开始逐层上升的趋 势，具有明显的梯度变化，并且选用的都是普通的铁基合金粉末，不仅价格低廉而且每层之 间能形成良好的冶金结合。【附图说明】 图1中，（a)铁基合金梯度熔覆层的示意图；（b)铁基合金梯度熔覆层的表面形貌 照片。 图2中，（a)熔覆底层FJ-1粉末时激光扫描路线以及具体尺寸；（b)熔覆底层铁 基合金粉末1号时激光扫描路线以及具体尺寸；（c)熔覆底层高铬铁基合金粉末时激光扫 描路线以及具体尺寸。 图3中，（a)铁基合金梯度熔覆层的截面示意图以及相应尺寸；（b)铁基合金梯度 熔覆层的截面图金相照片。 图4中，（a)铁基合金梯度熔覆层与基体结合处金相照片；（b)铁基合金梯度熔覆 层的底层FJ-1粉末熔覆层金相照片；（c)铁基合金梯度熔覆层的夹层铁基合金粉末1号熔 覆层金相照片；（d)铁基合金梯度熔覆层的顶层高铬铁基合金粉末熔覆层金相照片。 图5为铁基合金梯度熔覆层的显微硬度分布情况。 图中：1、高铬铁基合金粉末熔覆层(顶层)，2、铁基合金粉末1号熔覆层(夹层)，3、 FJ-1粉末熔覆层(底层)，4、H13钢(基体)。【具体实施方式】 下面结合实施例对本专利技术进行详细说明。 下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，具体工艺步骤为： (1)选择经过油冷淬火、高温回火处理的H13钢作为基体材料，尺寸为Φ 100_X 10_， 表面的粗糙度为Ra=0. 18 μ m。粉末为FJ-1铁基合金粉末、铁基合金粉末1号和高铬铁基合 金粉末三种，成分如表1所示，三种粉末的粒度均为-100+270。基体表面经过砂纸打磨后用 无水乙醇洗净，晾干后涂覆激光吸收材料，并将基体和粉末烘干8h待用。 表1铁基合金粉末成分(2) 由型号为KR30的KUKA机械臂携带PERCITEC YC52激光头进行激光熔覆，所用的激 光器为IPG公司的YLR-3000光纤激光器。送粉器为北京飞虹FHPF-10同步送粉器，该送粉 器的送粉电压与每分钟送粉质量的关系如表2所示，为表述方便本文中的送粉量均用送粉 电压表示。激光光斑直径为2. 50mm，送粉气（N2)气压为0. 3MPa，载气流量为600L/h，保护 气（N2)气压为0.1 MPa。 表2送粉电压与送粉量之间的关系(3) 分别熔覆了三种粉末，每种粉末熔覆一层，分别作为底层、夹层和顶层，最终形成表 面硬度较高但与基体有硬度过渡的熔覆层。首先，熔覆FJ-1粉末作为底层，在底层上熔覆 铁基合金粉末1号，最后熔覆顶层高铬铁基合金粉末。每层熔覆时道与道之间采用热搭接 的方式，具体每层的激光扫描路径如图2所示，层与层之间激光走刀方向相互垂直，停光时 间均为l〇min。 (4)之后对所得梯度熔覆层进行宏观和微观分析，首先用JB-4C精密粗糙度测量 仪测量熔覆层表面粗糙度，再用HR-150A洛式硬度计测试熔覆层表面硬度，然后将熔覆层 用线切割切取顶部边长1〇_的测试样块，用不同目数的砂纸将截面磨平并抛光，再用质量 分数为4%硝酸酒精溶液将其腐蚀，腐蚀时间为20s，腐蚀后用江南MR5000金相显微镜观察 熔覆层的金相组织并测量熔覆层厚度、熔池深度和熔覆层高度，最后用HVS-1000型显微硬 度计测试熔覆层横截面的显微硬度分布，取点方向沿垂直熔覆层表面的中心线方向，间隔 为0. 1mm，设定据熔覆层表面0. 3mm的点为原点，测试载荷为100g，加载时间为10s。为确保 准确性，分别在试样截面进行两次显微硬度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁基合金梯度熔覆层，其特征在于，所述熔覆层包括底层、夹层和顶层，对应三层的三种熔覆粉末为FJ‑1粉末、铁基合金粉末1号和高铬铁基合金粉末；底层、夹层和顶层三层的显微硬度逐层升高，顶层显微硬度最高达721HV，平均值为681HV；FJ‑1粉末的成分为C 0.07％、Cr 18.64％、Si 1.08％、Mo2.69％、Ni1.01％、Mn0.43％、Fe余量；铁基合金粉末1号的成分为C 0.16％、Cr 15.72％、Si 1.16％、Mo1.56％、Ni3.83％、Mn0.47％、Fe余量；高铬铁基合金粉末的成分为C 0.16％、Cr 25.02％、Si 1.16％、Mo1.56％、Ni3.83％、Mn0.47％、Fe余量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张德强，考锡俊，
申请(专利权)人：辽宁工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21