一种超音速喷涂WC-12Co涂层的激光重熔方法技术

本发明专利技术专利涉及模具钢表面改性处理技术领域，特指H13热作模具钢表面超音速喷涂WC‑12Co涂层的激光重熔方法，首先对H13热作模具钢表面打磨、清洗、喷砂处理；其特征在于：采用超音速喷涂法在喷砂处理后的H13热作模具钢表面喷涂一层WC‑12Co涂层，经保温、冷却至室温后，再通过激光重熔将WC‑12Co涂层与H13热作模具钢表面重新熔化，形成冶金结合，冷却后涂层组织性能得到增强，涂层抗磨损性能得到提高。改善了涂层与基材结合强度，提高了模具的使用寿命。

A WC 12Co supersonic spray coating by laser remelting method

The invention relates to the technical field of die steel surface modification, especially H13 hot working die steel surface by laser remelting method of supersonic spraying WC 12Co coating. The first of H13 hot die steel surface cleaning, polishing, sandblasting; characterized by H13 thermal spraying method in supersonic spray sand treated as a spray WC 12Co layer coating on the surface of die steel, heat preservation and cooling to room temperature, then the WC 12Co coating and H13 hot die steel surface by laser remelting re melting, metallurgical combination is formed, the coating performance is enhanced after cooling, improve the wear resistance of coating. The bonding strength between the coating and the substrate is improved, and the service life of the die is improved.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利涉及模具钢表面改性处理
，特指H13热作模具钢表面超音速喷涂WC-12Co涂层的激光重熔方法，改善了涂层与基材结合强度，提高了模具的使用寿命，属于材料表面改性处理技术。
技术介绍
H13热作模具钢广泛应用于冲击载荷大的锻模、热挤压模、精锻模和压铸模等模具的制造，具有良好的韧性、热强性、热稳定性、抗氧化能力和抗热疲劳性能等优点。但由于热作模具工作时与高温金属直接接触，承受高温与摩擦，模具表面磨损和抗高温性能下降，而反复的极冷极热容易造成热疲劳裂纹、侵蚀和腐蚀等失效形式。WC-12Co涂层以硬质相WC为主，具有良好的耐磨性和抗腐蚀能力。通过在热作模具钢表面超音速喷涂一层约200μm厚的WC-12Co涂层，提高了模具的使用寿命。但因超音速喷涂的WC-12Co涂层与基材的结合方式以机械结合为主，在长期高温、高压环境下，涂层与基材的结合强度下降。本专利技术专利通过超音速喷涂法在H13热作模具钢基材表面制备一层WC-12Co涂层，再通过激光重熔法将WC-12Co涂层与基材表面熔化，冷却后涂层组织性能得到增强，涂层与基体形成冶金结合，涂层抗磨损性能得到提高。
技术实现思路
本专利技术专利采用超音速喷涂与激光重熔复合工艺对WC-12Co涂层进行改性处理，通过涂层中元素与基材中元素之间发生的一系反应，以及激光重熔消除杂质元素，在基材表面制备一层以WC硬质相为主，厚度均匀、结合良好、抗磨损性能优异的WC-12Co涂层，改善了H13热作模具钢作为高温模具抗磨损性能，提高了模具的使用寿命，也降低了制造成本。所述的激光重熔方法，首先对H13热作模具钢表面打磨、清洗、喷砂处理；其特征在于：采用超音速喷涂法在喷砂处理后的H13热作模具钢表面喷涂一层WC-12Co涂层，经保温、冷却至室温后，再通过激光重熔将WC-12Co涂层与H13热作模具钢表面重新熔化，形成冶金结合，冷却后涂层组织性能得到增强，涂层抗磨损性能得到提高。本专利技术的具体步骤如下：首先对基材表面进行机械打磨，再清洗到达Sa3级清洁度，喷砂处理；WC-12Co粉末用DHG-9145A型电热恒温鼓风干燥箱烘干3h，确保喷涂粉末干燥，然后在XM-8000超音速火焰喷涂系统上进行喷涂，以航空煤油作燃料，高压O2作助燃气体，N2作送粉气体，在H13热作模具钢表面制备WC-12Co涂层，其喷涂油压为1.25MPa，氧压为1.58MPa，水温为40℃，喷枪压为0.95MPa，使基材表面覆盖一层WC-12Co涂层，涂层与基体形成良好的机械结合与少量的冶金结合；喷涂结束后涂层试样经过850℃保温2h，且随炉冷却至室温。最后使用Zejin-8000型CO2激光器进行激光重熔工艺处理，激光功率为800W，扫描速度为500mm/min，光斑大小15×2mm，以确保涂层能够进入熔融状态，充分反应，形成以WC硬质相为主、厚度为200-300μm的合金涂层，加强涂层与基材的冶金结合强度，使涂层与基体结合更加牢固。附图说明图1激光熔覆前后WC-12Co涂层表面形貌。图2激光熔覆前后WC-12Co涂层界面形貌。图3激光熔覆前后WC-12Co涂层表面XRD分析。图4激光熔覆前后WC-12Co涂层磨损形貌。具体实施方式(1)使用180#-1000#砂纸对基材表面进行打磨，用无水乙醇清洗，丙酮脱脂，以去掉试样表面油脂和杂物，确保基材表面清洁度达到Sa3级。(2)使用粒径为1mm铸铁砂为磨粒，压缩空气压力＞0.8MPa，喷砂距离为200mm，喷砂角度为20°，使精糙度到达RZ60μm。(3)将WC-12Co粉末用DHG-9145A型电热恒温鼓风干燥箱烘干3h，确保喷涂粉末干燥，然后在XM-8000超音速火焰喷涂系统上进行喷涂，以航空煤油作燃料，高压O2作助燃气体，N2作送粉气体，其喷涂油压为1.25MPa，氧压为1.58MPa，水温为40℃，喷枪压为0.95MPa，使基材H13热作模具钢表面覆盖一层厚度为200-300μm的WC-12Co涂层，涂层与基体形成良好的机械结合与少量的冶金结合。(4)喷涂结束后涂层试样经过850℃保温2h后，随炉冷却至室温，以巩固涂层与基材间的冶金结合。(5)在Zejin-8000型CO2激光器上进行激光重熔工艺处理，激光功率为800W，扫描速度为500mm/min，光斑大小1mm5×2mm。以确保涂层能够进入熔融状态，充分反应，形成以WC硬质相为主的合金涂层。(6)通过高温磨损试验验证激光前后涂层的性能差异，使用HT-1000高温摩擦磨损试验机，其摩擦方式为旋转式，对磨副为Φ5的Si3N4陶瓷球，高温炉加热温度为600℃，加载载荷为6N，电机频率为8.93Hz，摩擦半径为5mm，试验时间为30min。(7)通过SEM和XRD分析了WC-12Co涂层层激光重熔前后表面-界面形貌、化学元素组成，观察涂层的高温磨损性能。如图1(a)、(b)所示，激光前后涂层表面都较为平整，激光后涂层结构更加致密，WC分布更加均匀；如图2(a)、(b)所示，激光后涂层与基体的结合更加牢固，涂层-基体结合性能得到加强；如图3(a)、(b)所示，激光后涂层中的W2C相明显减少，涂层以WC硬质相为主，涂层的耐磨性能得到优化。如图4(a)、(b)所示，经高温磨损试验后，激光前涂层磨痕较深，且有剥落迹象，激光后涂层磨合清晰且较浅，无明显剥落痕迹。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超音速喷涂WC‑12Co涂层的激光重熔方法，首先对H13热作模具钢表面打磨、清洗、喷砂处理；其特征在于：采用超音速喷涂法在喷砂处理后的H13热作模具钢表面喷涂一层WC‑12Co涂层，经保温、冷却至室温后，再通过激光重熔将WC‑12Co涂层与H13热作模具钢表面重新熔化，形成冶金结合，冷却后涂层组织性能得到增强，涂层抗磨损性能得到提高。

【技术特征摘要】
1.一种超音速喷涂WC-12Co涂层的激光重熔方法，首先对H13热作模具钢表面打磨、清洗、喷砂处理；其特征在于：采用超音速喷涂法在喷砂处理后的H13热作模具钢表面喷涂一层WC-12Co涂层，经保温、冷却至室温后，再通过激光重熔将WC-12Co涂层与H13热作模具钢表面重新熔化，形成冶金结合，冷却后涂层组织性能得到增强，涂层抗磨损性能得到提高。2.如权利要求1所述的一种超音速喷涂WC-12Co涂层的激光重熔方法，其特征在于：首先对基材表面进行机械打磨，再清洗到达Sa3级清洁度，喷砂处理；WC-12Co粉末用电热恒温鼓风干燥箱烘干3h，确保喷涂粉末干燥，然后在超音速火焰喷涂系统上进行喷涂，以航空煤油作燃料，高压O2作助燃气体，N2作送粉气体，在H13热作模具钢表面制备WC-12Co涂层，其喷涂油压为1.25MPa，氧压为1.58MPa，水温为40℃，喷枪压为0.95MPa，使基材表面覆盖一层WC...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔德军，盛天原，王文昌，汤志鹏，汤成建，赵本国，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32