一种用于减少激光熔覆氧化铝基复合涂层裂纹的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于减少激光熔覆氧化铝基复合涂层裂纹的方法，将激光熔覆粉体预置于基体表面，在氩气保护气氛下进行激光熔覆，得厚度为0.3‑0.6mm的氧化铝基复合涂层；包括：基体预处理、配置激光熔覆粉体、预置粉末和激光熔覆工序；激光熔覆粉体按质量百分比计为：Al2O356‑72％，TiO214‑18％，WC10‑30％，其中Al2O3颗粒度为20‑50μm，激光熔覆功率为1000‑2000W；本发明专利技术通过加入适量WC，得到的氧化铝基复合涂层组织致密、均匀且无裂纹，与金属基材形成良好的冶金结合；且过程易于实现自动化控制，效率高、无污染且成本低，具有较为理想的工程应用价值。

A method for reducing crack in laser cladding alumina matrix composite coating

The invention discloses a method for reducing the crack of laser cladding alumina based composite coating. The laser cladding powder is prepositioned on the surface of the matrix, and the laser cladding is carried out in the atmosphere of argon gas protection. The alumina based composite coating with a thickness of 0.3 0.6mm is obtained, including the matrix pre position, the laser cladding powder and the preset powder. And laser cladding process, laser cladding powder according to mass percentage: Al2O356 72%, TiO214 18%, WC10 30%, of which Al2O3 particle size is 20 50 mu m and laser cladding power is 1000 2000W; the invention is compact, uniform and free of cracks by adding a proper amount of WC. The base material has good metallurgical bonding, and the process is easy to realize automatic control, high efficiency, no pollution and low cost. It has ideal value of engineering application.

【技术实现步骤摘要】
一种用于减少激光熔覆氧化铝基复合涂层裂纹的方法
本专利技术属于激光熔覆
，涉及一种用于减少激光熔覆氧化铝基复合涂层裂纹的方法。
技术介绍
激光熔覆技术因其处理时间短、灵活性和操作精度高广泛应用于金属和合金的表面改性，以及复杂零件的直接制造和修复。但是，激光束的局部加热虽可以较好的保持基材性质，但在激光熔覆成形过程中容易产生许多缺陷如裂纹、气孔和粗大柱状晶粒等，且由于激光熔覆是一个急热急冷的过程，冷却速度过快将导致涂层产生较大残余应力，在加工过程中这些残余应力和缺陷严重影响成形件的力学性能，甚至导致成形件的宏观开裂。现有技术中，公开号106048599A的中国专利公开了激光熔覆成型金属零件的裂纹控制方法，通过引入超声振动改善熔覆成形组织、减少和消除裂纹的工艺，其熔覆层材料为镍基合金粉末Ni60，基体材料为45钢，采用3KW横流CO2激光器进行激光熔覆，成型过程中引入超声振动装置，振动频率为25KHz；该方法制备的镍基复合涂层无明显裂纹，但需要对熔池温度进行闭环控制和引入超声振动，熔覆过程中受外界因素影响较大。公开号105506615A的中国专利公开了一种通过改变激光的入射角度控制激光熔覆涂层微观组织及热裂纹敏感性的方法。激光熔覆过程中，旋转激光头，改变激光入射角度使熔池形貌和温度场发生改变，导致熔覆涂层的微观组织、生长取向和抗裂纹开裂阻力发生改变，该方法操作简单，但对激光入射角度的精度要求较高。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种用于减少激光熔覆氧化铝基复合涂层裂纹的方法。为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于减少激光熔覆氧化铝基复合涂层裂纹的方法，将激光熔覆粉体预置于基体表面，在氩气保护气氛下进行激光熔覆，得氧化铝基复合涂层；包括：基体预处理、配置激光熔覆粉体、预置粉末和激光熔覆工序；所述激光熔覆粉体按质量百分比计为：Al2O356-72％，TiO214-18％，WC10-30％，其中，Al2O3颗粒度为20-50μm；且所述激光熔覆功率为1000-2000W，所述氧化铝基复合涂层的厚度为0.3-0.6mm。在一些优选的实施方式中，上述氧化铝基复合涂层的厚度为0.4-0.6mm；更优选的，所述氧化铝基复合涂层的厚度为0.5mm。进一步地，所述基体为Ti-6Al-4V(TC4)合金板。进一步地，所述激光熔覆粉体通过球磨混粉方式；其中，球料比为10:1，球磨时间为3h，转速为300rpm。进一步地，所述预置粉末过程为：将球磨后的激光熔覆粉体与粘结剂按质量体积比为(9-14):3-7(g/mL)进行混合，搅拌均匀后均匀涂覆于所述基体表面，平整压实并真空烘干；所述涂覆层厚度为0.8-1mm。在一些优选的实施方式中，粘接剂为乙酸纤维素和二丙酮醇按质量体积比为1:25(g/mL)的混合物，且所述二丙酮醇为分析纯AR。进一步地，所述激光熔覆工艺为：采用IPG-YLS-5000型光纤激光器，激光熔覆功率为1500-2000W，扫描速度为600mm/min，离焦量为60mm，所述氩气的输送速度为5L/min、纯度为99.99％。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：一、利用颗粒度为纳米级的球磨混合粉体，通过加入适量WC，得到的氧化铝基复合涂层组织致密、均匀且无裂纹，与金属基材形成良好的冶金结合。二、与现有技术相比，本专利技术方法能有效提高涂层的硬度，并能有效减少涂层裂纹，整个过程易于实现自动化控制，效率高、无污染且成本低，具有较为理想的工程应用价值。附图说明图1为实施例6中激光熔覆氧化铝基复合涂层横截面的SEM照片。具体实施方式下面结合具体实施例进一步阐述本专利技术。对比例在60(长)×60(宽)×10(厚)mm的Ti-6Al-4V(TC4)钛合金板表面采用激光熔覆方法制备氧化铝基复合涂层，具体步骤如下：1、钛合金板表面活化处理对厚度为10mm的钛合金板表面用100#粗砂纸进行打磨粗化处理或者采用喷砂机表面喷砂处理，去除表面氧化层及污渍，以增强钛合金表面与氧化铝基复合熔覆层的结合，然后用酒精和丙酮清洗，干燥箱中烘干。2、配制激光熔覆粉体按下述质量百分数配制激光熔覆粉体：80％Al2O3、20％TiO2，混合粉末在球磨机中球磨3小时。3、预置粉末将上述混合粉末采用预置粉末法预置到基板上，预置粉末法的工艺如下：将混合粉末与粘接剂混合成膏状，混合搅拌均匀后，均匀涂覆在待熔覆工件的表面，进行压实和表面物理平整，预置层厚度为0.8-1mm，最后在真空干燥箱中烘干。4、激光熔覆制备氧化铝基复合涂层将处理好的钛合金放在激光器平台上，启动机器人控制激光熔覆，其中激光熔覆工艺参数为：光纤激光功率为1000W，扫描速率为600mm/min，离焦量为60mm，氩气输送速度为5L/min，得氧化铝基复合涂层。经过测试，上述氧化铝基复合涂层宏观上有较多细小裂纹，涂层厚度为0.2-0.4mm，涂层组织粗大、有较多气孔和裂纹、平均硬度为684.5HV0.3，与钛合金基体的硬度380HV0.3相比较高。实施例1本实施例与对比例基本相同，所不同的是本实施例中激光熔覆粉体按质量百分比计为：Al2O372％，TiO218％，WC10％，其中Al2O3颗粒度为20-50μm。与对比例相比，实施例1中添加10％的WC，制备的氧化铝基复合涂层宏观上无明显裂纹，涂层组织均匀，出现细枝晶组织，气孔和裂纹明显减少，涂层平均硬度为1099.6HV0.3。实施例2本实施例与实施例1基本相同，所不同的是本实施例中激光熔覆粉体按质量百分比计为：Al2O364％，TiO216％，WC20％，其中Al2O3颗粒度为30μm。与对比例相比，实施例2中添加20％的WC，制备的氧化铝基复合涂层宏观上成型较好，涂层组织细化，等轴晶状组织密度增加，无气孔，几乎消除了裂纹，涂层平均硬度为1132.8HV0.3，与基体相比，硬度提高了约2倍。实施例3本实施例与实施例1基本相同，所不同的是本实施例中激光熔覆粉体按质量百分比计为：Al2O356％，TiO214％，WC30％，其中Al2O3颗粒度为50μm。与对比例相比，实施例3中添加30％的WC，制备的氧化铝基复合涂层宏观上成型较好，涂层组织更加细化，但出现少许气孔，无明显裂纹，涂层平均硬度为1203.8HV0.3。实施例4本实施例与对比例基本相同，所不同的是本实施例中激光功率为1500W，其他实验条件相同。与对比例相比，实施例4中激光功率为1500W，制备的氧化铝基复合涂层宏观上有较多细小的裂纹，涂层厚度为0.3-0.5mm，涂层组织细化，有少许气孔和裂纹，涂层平均硬度为818.1HV0.3，与基体相比，硬度提高约1倍。实施例5本实施例与实施例1基本相同，所不同的是本实施例中激光功率为1500W，其他实验条件相同。与对比例相比，实施例5中激光功率为1500W，制备的氧化铝基复合涂层宏观上裂纹明显减少，涂层出现细枝晶，组织较为细化，有少许气孔和少量裂纹，涂层平均硬度为1163.7HV0.3。实施例6本实施例与实施例2基本相同，所不同的是本实施例中激光功率为1500W，其他实验条件相同。与对比例相比，实施例6中激光功率为1500W，制备的氧化铝基复合涂层宏观上无裂纹，涂层等轴晶状组织密度增加，组织细化，无本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于减少激光熔覆氧化铝基复合涂层裂纹的方法，其特征在于，将激光熔覆粉体预置于基体表面，在氩气保护气氛下进行激光熔覆，得氧化铝基复合涂层；包括：基体预处理、配置激光熔覆粉体、预置粉末和激光熔覆工序；所述激光熔覆粉体按质量百分比计为：Al2O356‑72％，TiO214‑18％，WC10‑30％，其中，所述Al2O3颗粒度为20‑50μm；且所述激光熔覆功率为1000‑2000W，所述氧化铝基复合涂层的厚度为0.3‑0.6mm。

【技术特征摘要】
1.一种用于减少激光熔覆氧化铝基复合涂层裂纹的方法，其特征在于，将激光熔覆粉体预置于基体表面，在氩气保护气氛下进行激光熔覆，得氧化铝基复合涂层；包括：基体预处理、配置激光熔覆粉体、预置粉末和激光熔覆工序；所述激光熔覆粉体按质量百分比计为：Al2O356-72％，TiO214-18％，WC10-30％，其中，所述Al2O3颗粒度为20-50μm；且所述激光熔覆功率为1000-2000W，所述氧化铝基复合涂层的厚度为0.3-0.6mm。2.一种如权利要求1所述用于减少激光熔覆氧化铝基复合涂层裂纹的方法，其特征在于，所述氧化铝基复合涂层的厚度为0.4-0.6mm。3.一种如权利要求2所述用于减少激光熔覆氧化铝基复合涂层裂纹的方法，其特征在于，所述氧化铝基复合涂层的厚度为0.5mm。4.一种如权利要求1所述用于减少激光熔覆氧化铝基复合涂层裂纹的方法，其特征在于，所述基体为Ti-6Al-4V(TC4)合金板。5.一种如权利要求1所述用于减少激光熔覆氧化铝基复合涂层裂纹的方法，其特征在于，所述激光熔覆粉体通过球磨混粉方式；其中，球料比为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙帅，李崇桂，李帅，张群森，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31