本发明专利技术提供了一种热作模具钢的耐磨减摩金属陶瓷复合涂层工艺，它先采用一定比例的Ni60镍基合金粉末与TiC粉、CaF2粉、Y2O3粉进行球磨混粉，然后在热作模具钢表面涂敷制备粉末预置层，再利用激光表面扫描熔融该粉末预置层，最后在热作模具钢表面形成一层TiC‑CaF2‑Y2O3‑Ni60耐磨减摩金属陶瓷复合涂层。本发明专利技术采用热作模具钢作为基体材料，利用激光表面熔覆技术，通过在Ni60自熔合金熔覆层中添加TiC、CaF2和Y2O3成分及优化工艺，制备出的TiC‑CaF2‑Y2O3‑Ni60金属陶瓷复合涂层，可降低热作模具钢的摩擦因数、提高表面硬度、耐磨性、耐热和抗氧化性等性能，而且还扩大了热作模具钢使用范围，该工艺也便于进行模具修复等。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料表面改性
，涉及一种金属陶瓷复合涂层，具体涉及一种热作模具钢表面激光熔覆耐磨减摩金属陶瓷复合涂层工艺。
技术介绍
热作模具钢主要用于制造各种金属及合金材料的热加工中所用模具，如锤锻模、热挤压模和压铸模。热作模具工作环境温度较高，往往受到因加热、冷却而产生的反复拉、压应力以及金属(液)流动而产生的磨损和腐蚀，常见的失效形式有：热疲劳、断裂、塑性变形、热磨损及热熔损等。我国热作模具钢年产值超过500亿元，局部统计我国每年由于模具失效造成的经济损失已达5～6亿元。热作模具价格较高，如一旦失效则造成重大损失并影响生产效率，故装备制造业对热作模具的性能及使用寿命的要求越来越高。虽然通过优化热处理可提高热作模具的性能和使用寿命，但效果比较有限。模具失效往往先从模具表面开始，因此，采用表面改性技术改善模具表面组织，提高模具表面性能，可延长模具使用寿命，且有利于显著降低生产成本，获得良好经济效益。激光熔覆(Laser Cladding)是一种新型表面改性技术，通过在被熔覆基体表面上放置涂覆材料经高能量密度激光束照射使之及基体表面同时熔化，并快速凝固形成与基体冶金结合的表面涂层，可显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能。激光熔覆与传统表面改性技术(如热喷涂、等离子喷涂等)相比，具有明显优势为：界面为冶金结合；组织极细；熔覆层成分均匀及稀释度低；覆层厚度可控；热畸变小；易实现选区熔覆和工艺过程易实现自动化。激光熔覆可以在不同基体材料(如钢铁、铝合金等)表面获得根据使用要求设计的熔覆层组成、弥补基体性能不足的优异表面改性涂层。激光熔覆材料体系主要有铁基合金粉、镍基合金粉、钻基合金粉及复合合金粉等。Ni基和Co基自熔性粉末具有良好的耐高温、耐磨损及与金属基材的粘结性，其涂层可用作要求具有耐磨、耐蚀和抗热疲劳的零件。中国专利技术专利ZL201210473439.7，公开了“一种碳化钛金属陶瓷粉末及激光熔覆该粉末的方法”该专利技术特点在于提供了一种碳化钛金属陶瓷粉末，其按质量百分比由28％～30％的碳化钛、1％～2％的氧化镧和68％～71％的镍60组成。碳化钛粉、氧化镧和镍60粉球磨15小时～20小时后，将混合粉末用水玻璃混合末涂敷到试样待熔覆表面，激光熔覆可得到耐磨性强、硬度高、组织致密均匀涂层。主要不足是其所加入的粉末密度、粉末分布往往不均匀，而且由于粉末与基体的润湿性、稳定性、膨胀系数及化学反应活性差异等影响容易产生熔覆层组织与性能的不均匀，另外，该涂层的高温耐磨损性能仍有不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在热作模具钢表面激光熔覆减摩耐磨金属陶瓷复合涂层工艺，通过在Ni60自熔合金熔覆层中添加TiC、CaF2和Y2O3成分及优化工艺，制备出的TiC-CaF2-Y2O3-Ni60自熔合金金属陶瓷复合涂层，可降低热作模具钢的摩擦因数、提高表面硬度、耐磨性、耐热和抗氧化性等性能，同时还扩大了热作模具钢使用范围，便于进行模具修复等，解决了现有技术存在的上述问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种热作模具钢的耐磨减摩金属陶瓷复合涂层工艺，该工艺包括如下步骤：(1)粉末混粉：将粒度范围在1μm～5μm的TiC粉、CaF2粉、Y2O3粉和粒度范围在60μm-150μm的Ni60粉装入球磨机中，在高纯氩气保护下，球磨5～10小时并混合均匀；(2)预置粉末：先用砂纸打磨热作模具钢表面，并用酒精或丙酮溶液清洗表面；再将步骤(1)的混合粉末用粘结剂调成糊状，然后均匀涂覆于热作模具钢表面，形成一层预置粉末,厚度约为400μm-1mm，并在烘干箱中烘干；(3)将涂敷预置粉末的试样放在激光设备工作台上，调节设备工艺参数，使用Ar气作为保护气体，侧吹流量为10-20L/min；激光设备工艺参数为：输出功率1～5kW，光斑直径1～5mm，搭接率为40％，扫描速度100～500mm/min；(4)然后在热作模具钢表面实施熔覆工艺，在热作模具钢表面形成TiC-CaF2-Y2O3-Ni60自熔合金的复合涂层。本专利技术所述的热作模具钢的耐磨减摩金属陶瓷复合涂层工艺，其特征还在于，所述步骤(1)中各组分粉末质量百分配比分别为TiC 10～30％，CaF2 2～5％,Y2O31～3％,Ni60 62～87％；所述的Ni60粉为Ni60自熔合金粉末，其中各成分质量的百分比为C 0.6～1.0％，Cr 14～17％，Si 3～4.5％，B 2.5～4.5％，Fe≦14％，余量为Ni。所述步骤(2)中的混合粉末与粘结剂体积比为1:2～1:5；所用粘结剂为虫胶树脂乙醇溶液，虫胶树脂与乙醇溶液的体积比为1:3。实施所述步骤(4)激光熔覆前，对热作模具钢进行预热，预热温度为200-300℃；实施所述步骤(4)激光熔覆后，进行后续热处理，后续热处理为在200-300℃条件下保温1-2h。本专利技术的热作模具钢的耐磨减摩金属陶瓷复合涂层工艺，先采用一定比例的Ni60镍基合金粉末与TiC粉、CaF2粉、Y2O3粉进行球磨混粉，然后在热作模具钢表面涂敷制备粉末预置层，再利用激光表面扫描熔融该粉末预置层，在热作模具钢表面形成一层TiC-CaF2-Y2O3-Ni60自熔合金层熔覆层，称之为金属陶瓷复合涂层。本专利技术热作模具钢的耐磨减摩金属陶瓷复合涂层工艺具有以下特点：(1)熔覆层表面比较平整，无裂纹，搭接质量较好。(2)熔覆层由γ-Ni固溶体、Fe3C、Cr23C6、Ni2Si及TiC等相组成。激光熔覆后Ni60合金粉末中Cr，Si，C及B等元素溶入γ-(Fe，Ni)固溶体使得溶质原子过饱和度增加所产生的固溶强化，熔池快速凝固使涂层结晶后的晶粒细小产生细晶强化以及Cr23C6、Fe3C等相弥散析出产生弥散强化；另一方面，TiC硬度高且热稳定性好，TiC加入具有第二相强化作用，而且可阻碍晶粒长大而细化晶粒；同时，CaF2加入可提高熔体流动性、提高冶金质量及细化组织，有利于防止凝固后出现热裂纹、缩孔、缩松等缺陷，而且CaF2也是一种高温固体润滑剂，有利于降低高温摩擦因数；Y2O3加入使组织显著细化，而且可有效抑制涂层中孔洞、裂纹等缺陷，进而提高涂层性能。该涂层物相组成有利于提高熔覆层硬度、耐磨性及耐热疲劳性能。由于本专利技术的熔覆层与基体材料之间为冶金结合，可使材料表面的耐磨、耐热、耐蚀、耐冲击等性能得到大大提高。附图说明图1是本专利技术热作模具钢的耐磨减摩金属陶瓷复合涂层显微组织金相图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。一种热作模具钢的耐磨减摩金属陶瓷复合涂层工艺，该工艺包括如下步骤：(1)粉末混粉：将粒度范围在1μm～5μm的TiC粉、CaF2粉、Y2O3粉和粒度范围在60μm-150μm的Ni60粉装入球磨机中，在高纯氩气保护下，球磨5～10小时并混合均匀；(2)预置粉末：先用砂纸打磨热作模具钢表面，并用酒精或丙酮溶液清洗表面；再将步骤(1)的混合粉末用粘结剂调成糊状，然后均匀涂覆于热作模具钢表面，形成一层预置粉末,厚度约为400μm-1mm，并在烘干箱中烘干；(3)将涂敷预置粉末的试样放在激光设备工作台上，调节设备工艺参数，使用Ar气作为保护气体，侧吹流量为10-20L/min；激光设备工艺参数为：输出功率1～5kW，光斑直径本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种热作模具钢的耐磨减摩金属陶瓷复合涂层工艺，其特征在于，该工艺包括如下步骤：(1)粉末混粉：将粒度范围在1μm～5μm的TiC粉、CaF2粉、Y2O3粉和粒度范围在60μm‑150μm的Ni60粉装入球磨机中，在高纯氩气保护下，球磨5～10小时并混合均匀；(2)预置粉末：先用砂纸打磨热作模具钢表面，并用酒精或丙酮溶液清洗表面；再将步骤(1)的混合粉末用粘结剂调成糊状，然后均匀涂覆于热作模具钢表面，形成一层预置粉末，厚度约为400μm‑1mm，并在烘干箱中烘干；(3)将涂敷预置粉末的试样放在激光设备工作台上，调节设备工艺参数，使用Ar气作为保护气体，侧吹流量为10‑20L/min；激光设备工艺参数为：输出功率1～5kW，光斑直径1～5mm，搭接率为40％，扫描速度100～500mm/min；(4)然后在热作模具钢表面实施熔覆工艺，在热作模具钢表面形成TiC‑CaF2‑Y2O3‑Ni60自熔合金的复合涂层。
【技术特征摘要】
1.一种热作模具钢的耐磨减摩金属陶瓷复合涂层工艺，其特征在于，该工艺包括如下步骤：(1)粉末混粉：将粒度范围在1μm～5μm的TiC粉、CaF2粉、Y2O3粉和粒度范围在60μm-150μm的Ni60粉装入球磨机中，在高纯氩气保护下，球磨5～10小时并混合均匀；(2)预置粉末：先用砂纸打磨热作模具钢表面，并用酒精或丙酮溶液清洗表面；再将步骤(1)的混合粉末用粘结剂调成糊状，然后均匀涂覆于热作模具钢表面，形成一层预置粉末，厚度约为400μm-1mm，并在烘干箱中烘干；(3)将涂敷预置粉末的试样放在激光设备工作台上，调节设备工艺参数，使用Ar气作为保护气体，侧吹流量为10-20L/min；激光设备工艺参数为：输出功率1～5kW，光斑直径1～5mm，搭接率为40％，扫描速度100～500mm/min；(4)然后在热作模具钢表面实施熔覆工艺，在热作模具钢表面形成TiC-CaF2-Y2O3-Ni60自熔合金的复合涂层。2.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘英，李卫，赵雪阳，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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