激光反应熔覆VC-Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种激光反应熔覆VC‑Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料及其制备方法，其中，激光反应熔覆VC‑Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料的制备方法，包括：S1，选择金属材料作为基体，对基体表面进行打磨，清洗；S2，在基体表面设置一层打底熔覆层；S3，将Cr粉和C粉按照质量比为(35：4)～(11：10)进行混合形成熔覆粉末a，将V粉和C粉按照质量比为(3：1)～(11：2)进行混合形成熔覆粉末b,在将熔覆粉末a和熔覆粉末b按照质量比1:1进行混合形成熔覆粉末c,通过粘结剂将熔覆粉末c涂覆于基体的打底熔覆层表面以形成预置涂层；S4，以激光束作为热源，对预置涂层进行激光熔覆处理以形成VC‑Cr7C3陶瓷熔覆层，得到VC‑Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料。

Laser reactive cladding VC-Cr7C3 ceramic reinforced iron matrix composite and its preparation method

The invention provides a laser reaction cladding VC Cr7C3 ceramic reinforced iron matrix composite and a preparation method, in which a preparation method of a laser reaction cladding VC Cr7C3 ceramic reinforced iron matrix composite is made, including: S1, selecting metal material as a matrix, grinding, cleaning, S2, and setting on the substrate surface. A floor cladding layer; S3, Cr powder and C powder are mixed to form the cladding powder a according to the mass ratio (35:4) to (11:10), and V powder and C powder are mixed to form the cladding powder B according to the mass ratio (3:1) to (11:2), and the cladding powder a and cladding powder B are mixed to form the cladding powder according to the mass ratio. The cladding powder C was coated on the substrate surface to form a preset coating. S4, the laser beam was used as the heat source, and the pre coated coating was laser cladding to form a VC Cr7C3 ceramic cladding layer, and the VC Cr7C3 ceramic reinforced iron matrix composite was obtained.

【技术实现步骤摘要】
激光反应熔覆VC-Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料及其制备方法
本专利技术涉及材料化学
，具体地，涉及一种激光反应熔覆VC-Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料及其制备方法。
技术介绍
早在上世纪80年代末，美国商业部就将表面工程技术列为影响21世纪人类生活的七大关键技术之一，与生命科学技术、信息技术、计算机科学技术、新材料技术、新能源技术和先进制造技术并列。近年来，我国也非常重视激光表面工程技术，此技术的出现拓宽了表面改性技术的领域，尤其是在制备抗磨损熔覆层方面表现出了极大潜力，成为了表面工程领域研究的热点。目前，激光表面改性技术主要用于机械、冶金、汽车、农机、石油、纺织机械行业中的部件及配件等。在现有的材料中，金属材料硬质合金虽然有高强度、韧性好等优点，但它不耐高温、耐腐蚀性较差；而陶瓷材料硬度高，耐磨性好，但它的韧性不够，容易开裂。随着科学的不断发展，人们对于材料的要求和性能越来越高，传统单一的匀质材料已难以满足实际生产的需要。由于零部件的破坏往往从表面开始，表面的局部破坏又会导致零件的整体失效。激光熔覆英文名为Lasercladding，也称激光涂覆，通过在基材表面添加熔覆材料，利用高能量密度激光束将不同成分和性能的合金与基材表层快速熔化，且在基材表面形成与基材具有完全不同成分和性能的熔覆层。作为激光表面改性技术之一的激光熔覆技术，适合于各类金属的表层改性和修复。激光熔覆技术能保持原涂层成分，仅在重熔区与基体的交界处存在很有限的相互扩散区，而此扩散区正是实现熔覆层与基体的冶金结合所必须的。同时，激光熔覆技术能把高性能的熔覆粉末涂覆于普通基体材料表面，从而获得优异特性的表面熔覆层，如耐热、耐蚀、耐磨、抗冲击等优良性能的熔覆层。然而现有的零部件因其表面熔覆材料的单一，使得应用激光熔覆技术的修复零部件的过程中零部件表面经常会出现裂纹、涂层不均匀等问题。因此，开发耐热、耐蚀、耐磨、高硬度、力学性能好的新型复合材料是势在必行的。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种激光反应熔覆VC-Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料的制备方法。本专利技术还提出一种根据上述激光反应熔覆VC-Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料的制备方法制得的激光反应VC-Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料。为解决上述技术问题，本专利技术采用了以下技术方案：根据本专利技术第一方面实施例的激光反应熔覆VC-Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1，选择金属材料作为基体，对基体表面进行打磨，清洗；S2，在打磨清洗后的基体表面熔覆一层打底熔覆层；S3，将Cr粉和C粉按照质量比为(35：4)～(11：10)进行混合形成熔覆粉末a，将V粉和C粉按照质量比为(3：1)～(11：2)进行混合形成熔覆粉末b,在将熔覆粉末a和熔覆粉末b按照质量比1:1进行混合形成熔覆粉末c,通过粘结剂将熔覆粉末c涂覆于基体的打底熔覆层表面以形成预置涂层；S4，以激光束作为热源，对预置涂层进行激光熔覆处理以形成VC-Cr7C3陶瓷熔覆层，得到由基体、打底熔覆层及VC-Cr7C3陶瓷熔覆层形成的VC-Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料。进一步地，步骤S3中，Cr粉和C粉的质量比为91:9,V粉和C粉的质量比为17:4。优选地，步骤S4中，激光的扫描速度为1.0mm/s～2.0mm/s。进一步地，激光的扫描速度为1.5mm/s。优选地，激光束的激光功率为2500W，离焦量为20mm，矩形光斑尺寸为6mm×1.5mm。优选地，打底熔覆层材料为Ni60自熔性合金。优选地，粘结剂为虫胶。优选地，基体材料为金属钢。进一步地，步骤S3中具体包括：S31，将熔覆粉末c在球形研磨机中研磨均匀；S32，向熔覆粉末c中加入适量虫胶粘结剂，搅拌均匀形成膏状，涂覆在基体的打底熔覆层表面上形成预涂粉层，预涂粉层厚度约为0.5mm～2mm；S33，将预涂有预涂粉层的基体放入干燥箱中，在温度为100℃中烘120分钟形成预置涂层。根据本专利技术第二方面实施例的一种激光反应熔覆VC-Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料通过上述实施例的激光反应熔覆VC-Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料的制备方法制得。本专利技术的上述技术方案至少具有如下效果之一：(1)熔覆层表面外观平滑、均匀连续且具有明亮的金属光泽。(2)提高了基体材料的表面性能。(3)熔覆层和基体都能呈现良好的冶金结合，提高了熔覆层与基体的结合强度。(4)提高了熔覆层和基体的硬度，耐磨性。附图说明图1为本专利技术实施例的激光反应熔覆VC-Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料制备方法的流程图；图2为本专利技术实施例的激光反应熔覆VC-Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料的熔覆层在不同扫描速度条件下，宏观形貌图；图3为本专利技术实施例的激光反应熔覆VC-Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料在不同扫描速度时熔覆层表面的XRD图谱；图4为本专利技术实施例的Cr-C与Fe-C自由能与温度的关系曲线图；图5为本专利技术实施例的激光反应熔覆VC-Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料的熔覆层截面的显微硬度测试图；图6为本专利技术实施例的基体和熔覆涂层的摩擦系数随磨损时间变化的曲线图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面首先结合附图具体描述根据本专利技术实施例的激光反应熔覆VC-Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料及其制备方法。如图1所示，根据本专利技术实施例的激光反应熔覆VC-Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料的制备方法，包括：S1，选择金属材料作为基体，对基体表面进行打磨，清洗。具体地，金属材料为可以为金属钢，如Q235钢，用砂纸对基体表面进行打磨，去除表面的氧化物和油污，并用丙酮清洗干净，使得金属材料与打底熔覆材料充分接触。S2，在打磨清洗后的基体表面设置一层打底熔覆层。优选地，打底熔覆层材料为Ni60自熔性合金粉末，Ni60自熔性合金粉末具有良好韧性、耐蚀性、耐磨性和抗氧化性，且有助于改善打底熔覆层与基体之间的润湿性。S3，将Cr粉和C粉按照质量比为(35：4)～(11：10)进行混合形成熔覆粉末a，将V粉和C粉按照质量比为(3：1)～(11：2)进行混合形成熔覆粉末b,在将熔覆粉末a和熔覆粉末b按照质量比1:1进行混合形成熔覆粉末c,通过粘结剂将熔覆粉末c涂覆于基体的打底熔覆层表面以形成预置涂层。也就是说，采用V粉、Cr粉和C粉作为熔覆材料，钒粉为银白色金属粉末，具有延展性、质坚硬，有耐盐酸和硝酸，且其熔点较高，铬粉是银灰色固体颗粒粉末，质硬而脆，抗腐蚀性强，碳粉是一种非金属元素，为无臭无味的固体。如无定型的焦炭、木炭等，晶体碳金刚石和石墨等。粘结剂的选择需要具备，能够将熔覆粉末材料较易涂覆于基体表面且容易涂刷平整，在激光作用时容易气化或分解，并易从熔池中排出，不阻碍陶瓷熔覆层的形成并影响其质量，且粘结剂不含水分。具体地，将Cr粉和C粉按照质量比为(35：4)～(11：10)进行混合形成熔覆粉末a，将V粉和C粉按照质量比为(3：1)～(11：2)进行混合形成熔覆粉末b,在将熔覆粉末a和熔覆粉末本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光反应熔覆VC‑Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，选择金属材料作为基体，对所述基体表面进行打磨，清洗；S2，在打磨清洗后的所述基体表面设置一层打底熔覆层；S3，将Cr粉和C粉按照质量比为(35：4)～(11：10)进行混合形成熔覆粉末a，将V粉和C粉按照质量比为(3：1)～(11：2)进行混合形成熔覆粉末b,在将所述熔覆粉末a和所述熔覆粉末b按照质量比1:1进行混合形成熔覆粉末c,通过粘结剂将所述熔覆粉末c涂覆于所述打底熔覆层表面以形成预置涂层；S4，以激光束作为热源，对所述预置涂层进行激光熔覆处理以形成VC‑Cr7C3陶瓷熔覆层，得到由所述基体、打底熔覆层及VC‑Cr7C3陶瓷熔覆层形成的VC‑Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种激光反应熔覆VC-Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，选择金属材料作为基体，对所述基体表面进行打磨，清洗；S2，在打磨清洗后的所述基体表面设置一层打底熔覆层；S3，将Cr粉和C粉按照质量比为(35：4)～(11：10)进行混合形成熔覆粉末a，将V粉和C粉按照质量比为(3：1)～(11：2)进行混合形成熔覆粉末b,在将所述熔覆粉末a和所述熔覆粉末b按照质量比1:1进行混合形成熔覆粉末c,通过粘结剂将所述熔覆粉末c涂覆于所述打底熔覆层表面以形成预置涂层；S4，以激光束作为热源，对所述预置涂层进行激光熔覆处理以形成VC-Cr7C3陶瓷熔覆层，得到由所述基体、打底熔覆层及VC-Cr7C3陶瓷熔覆层形成的VC-Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料。2.根据权利要求1的激光反应熔覆VC-Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，Cr粉和C粉的质量比为91:9，V粉和C粉的质量比为17:4。3.根据权利要求1的激光反应熔覆VC-Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述激光的扫描速度为1.0mm/s～2.0mm/s。4.根据权利要求3的激光反应熔覆VC-Cr7C3陶瓷增强铁基复合材料的制备方法，其特征在于，所述激光的扫描速度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢金群，候树聪，靳浩天，陆敏，李文戈，
申请(专利权)人：上海万泽精密铸造有限公司，上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海,31