激光反应熔覆VC-TiC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‑TiC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‑TiC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，配置熔覆粉末，所述熔覆粉末中含有摩尔比为1:1:2的Ti、V以及C；S4，将所述熔覆粉末与有机粘结剂进行混合，并涂覆于所述打底熔覆层表面以形成预置涂层；S5，以激光束作为热源，对设置有所述预置涂层的基体进行激光熔覆处理以形成VC‑TiC陶瓷熔覆层，得到所述VC‑TiC陶瓷增强铁基复合材料。

【技术实现步骤摘要】
激光反应熔覆VC-TiC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-TiC陶瓷增强铁基复合材料及其制备方法。
技术介绍
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。针对该情况，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。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-TiC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-TiC陶瓷增强铁基复合材料的制备方法制得的激光反应VC-TiC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-TiC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，配置熔覆粉末，所述熔覆粉末中含有摩尔比为1:1:2的Ti、V以及C；S4，将所述熔覆粉末与有机粘结剂进行混合，并涂覆于所述打底熔覆层表面以形成预置涂层；S5，以激光束作为热源，对设置有所述预置涂层的基体进行激光熔覆处理以形成VC-TiC陶瓷熔覆层，得到所述VC-TiC陶瓷增强铁基复合材料。根据本专利技术的一些实施例，步骤S5中，所述激光的扫描速度为1.0mm/s～2.0mm/s。优选地，所述激光的扫描速度为1.5mm/s。优选地，所述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。根据本专利技术的一些实施例，所述打底熔覆层由Co基自熔性合金形成，其通过激光熔覆的方法形成在所述基体表面，且厚度为0.3mm-0.6mm。根据本专利技术的一些实施例，所述有机粘结剂为虫胶的酒精溶液。根据本专利技术的一些实施例，步骤S4具体包括：向所述熔覆粉末中加入虫胶的酒精溶液中，搅拌均匀形成膏体，所述膏体中含有50-75wt％的所述熔覆粉末、5-10wt％的虫胶；将所述膏体涂覆在所述打底熔覆层表面,形成厚度0.5mm～2mm的湿的预涂层；此后将其放入干燥箱中，在温度为80-120℃中烘120分钟，形成所述预置涂层。根据本专利技术第二方面实施例的一种激光反应熔覆VC-TiC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-TiC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-TiC陶瓷增强铁基复合材料制备方法的流程图；图2(a)为根据本专利技术实施例1的得到的熔覆层截面整体形貌的SEM图；图2(b)为图2(a)中的(1)区，即结合区的SEM图；图2(c)为图2(a)中的(2)区，即熔覆层中部的SEM图；图2(d)为图2(a)中的(3)区，即熔覆层表面的SEM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-TiC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-TiC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。关于基体的具体材料组成，没有特殊的限制，例如可以使用金属钢，如Q235钢。为了提高其表面熔覆层与基体之间的结合强度、性能，可以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。Co基自熔性合金具有优良的耐热、耐蚀、耐磨、抗冲击和抗高温氧化性能，常被应用于石化、电力、冶金等工业领域。目前，Co基合金所用的合金元素主要是Ni、C、Cr和Fe等。其中，Ni元素可以降低Co基合金熔覆层的热膨胀系数，减小合金的熔化温度区间，有效防止熔覆层产生裂纹，提高熔覆材料对基体的润湿。根据本专利技术的一些实施例，打底熔覆层材料为由Co基自熔性合金(例如Co50)形成。所述打底熔覆层可以通过激光熔覆的方法形成在所述基体表面。具体而言，例如将Co基自熔性合金粉末与有机粘合剂(例如后述的虫胶的酒精溶液)混合形成膏体，涂覆在基体表面，此后进行激光扫描(具体的激光处理条件，例如扫描速度、激光功率、离焦量、光斑尺寸可以参考后述的表面熔覆层形成时的具体参数)使其形成打底熔覆层。S3，配置熔覆粉末，所述熔覆粉末中含有摩尔比为1:1:2的Ti、V以及C。其中，既可以直接采用TiC粉与VC粉末进行混合以配置所述熔覆粉末，也可以将Ti金属粉末、V金属粉末、以及C粉(例如石墨粉)按照上述摩尔比进行混合，得到所述熔覆粉末。根据本专利技术的一些实施例，采用V粉、Ti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，Ti粉是白色固体颗粒粉末，抗腐蚀性强。C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。S4，将所述熔覆粉末与有机粘结剂进行混合，并涂覆于所述打底熔覆层表面以形成预置涂层。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。优选地，例如可以使用虫胶的酒精溶液作为有机粘结剂。根据本专利技术的一些实施例，可以通过下述操作形成所述预置涂层：向所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光反应熔覆VC‑TiC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，配置熔覆粉末，所述熔覆粉末中含有摩尔比为1:1:2的Ti、V以及C；S4，将所述熔覆粉末与有机粘结剂进行混合，并涂覆于所述打底熔覆层表面以形成预置涂层；S5，以激光束作为热源，对设置有所述预置涂层的基体进行激光熔覆处理以形成VC‑TiC陶瓷熔覆层，得到所述VC‑TiC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-TiC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，配置熔覆粉末，所述熔覆粉末中含有摩尔比为1:1:2的Ti、V以及C；S4，将所述熔覆粉末与有机粘结剂进行混合，并涂覆于所述打底熔覆层表面以形成预置涂层；S5，以激光束作为热源，对设置有所述预置涂层的基体进行激光熔覆处理以形成VC-TiC陶瓷熔覆层，得到所述VC-TiC陶瓷增强铁基复合材料。2.根据权利要求1所述的激光反应熔覆VC-TiC陶瓷增强铁基复合材料的制备方法，其特征在于，所述打底熔覆层由Co基自熔性合金形成，所述打底熔覆层通过激光熔覆的方法形成在所述基体表面，且厚度为0.3mm-0.6mm。3.根据权利要求1所述的激光反应熔覆VC-TiC陶瓷增强铁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S5中，所述激光的扫描速度为1.0mm/s～2.0mm/s。4.根据权利要求1所述的激光反应熔覆VC-TiC陶瓷增强铁基...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳浩天，房海涛，费孝顺，冯泽林，高旭，陆敏，李文戈，赵远涛，尹莉，
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