一种超高速激光熔覆用高硬度铁基粉末及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超高速激光熔覆用高硬度铁基粉末，按质量百分比由以下组分组成：C粉0.6～1.0％，Cr粉3～7％，Mo粉4～8％，W粉4～8％，V粉1～3％，Si粉0.5～1.5％，CeO

A high hardness iron-based powder for ultra-high speed laser cladding and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种超高速激光熔覆用高硬度铁基粉末及其制备方法
本专利技术属于金属材料
，具体涉及一种超高速激光熔覆用高硬度铁基粉末，本专利技术涉及该种超高速激光熔覆用高硬度铁基粉末的制备方法。
技术介绍
激光熔覆是一种表面改性技术，它通过在基材表面添加熔覆材料，利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝，在基材表面形成与基材为冶金结合的熔覆层。超高速激光熔覆技术改变激光光斑与粉末粉斑的相对位置，利用小光斑高功率密度的激光使粉末在熔池之上达到熔融或半熔融状态，快速凝固形成稀释率极低，与基体呈冶金结合的熔覆层。与传统的激光熔覆相比，熔覆薄涂层时，极大的提高熔覆线速度和速率，熔覆层光洁度好，硬度高，在轴类零件修复或表面改性替代电镀领域具有广泛的应用空间。与普通激光熔覆技术相比，超高速激光熔覆小的光斑密度及较大的熔覆线速度使得熔覆层处于极热极冷的状态，造成熔覆层中产生较大的残余应力。随着熔覆层硬度的提高，熔覆层的脆性增加，导致熔覆层极易开裂。高硬度高耐磨熔覆层的开裂问题限制了超高速激光熔覆的推广应用，尤其是替代对环境污染严重的电镀技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超高速激光熔覆用高硬度铁基粉末，合理的成分配比使熔覆层在超高速激光熔覆快热快冷的情况下形成韧性良好、高硬度的铁基熔覆层，在薄层熔覆时可替代电镀。本专利技术的第二个目的是提供一种超高速激光熔覆用高硬度铁基粉末的制备方法。本专利技术所采用的技术方案是，一种超高速激光熔覆用高硬度铁基粉末，按质量百分比由以下原料组分组成：C粉0.6～1.0％，Cr粉3～7％，Mo粉4～8％，W粉4～8％，V粉1～3％，Si粉0.5～1.5％，CeO2粉0.4～0.8％，余量为Fe，以上各组分重量百分比之和为100％。本专利技术的特点还在于，各原料组分合金粉末的纯度均≥99％。本专利技术所采用的第二个技术方案是，一种超高速激光熔覆用高硬度铁基粉末的制备方法，具体步骤如下：步骤1：按质量百分比分别称取C粉0.6～1.0％，Cr粉3～7％，Mo粉4～8％，W粉4～8％，V粉1～3％，Si粉0.5～1.5％，CeO2粉0.4～0.8％，余量为Fe，以上各组分重量百分比之和为100％；步骤2：将步骤1各原料合金粉末混合后真空熔炼，采用气雾化方法制粉；步骤3：对雾化后的合金粉末进行粒度筛分，使筛分后的合金粉末在一定的粒度范围内。步骤4：对制备的粉末进行真空包装，待用。本专利技术的特点还在于，步骤2中，采用真空熔炼设备，以N2作为雾化气体，雾化压力为6MPa，雾化过程保持熔体的过热度在100～150℃之间。步骤3中，筛分后的合金粉末的粒度范围为25～53μm，即270～500目。筛分后的合金粉末的流动性要求为25～40s/100g。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术提出一种超高速激光熔覆用高硬度铁基粉末的制备方法，针对超高速激光熔覆工艺进行铁基高硬度粉末设计。(2)本专利技术方法中合理的成分配比使熔覆层在超高速激光熔覆快热快冷的情况下形成韧性良好、高硬度的铁基熔覆层，在薄层熔覆时可替代电镀。(3)本专利技术方法中粉末粒度选择25～53μm(270-500目)。粉末粒度较大时，其流动性好，但难熔化，易堵塞送粉嘴；粉末粒度较小时，流动性差，易受保护气体干扰，飞溅到保护镜片。综合试验后，本专利技术选择粒度25～53μm的粉末。(4)本专利技术方法中通过设计合理的成分配比，配合超高速激光熔覆快热快冷的特点，所得到的熔覆层组织以马氏体为主，原位生成不同类型的碳化物的增强颗粒相。通过在粉末中加入较多的强碳化物形成元素Mo、W、V，形成高熔点碳化物，这些高熔点碳化物作为形核剂，促使碳化物的球化。另外，不同的元素在熔覆层中原位生成不同类型的碳化物，在极冷的情况下，碳化物以细小、弥散的形式存在，有利于提高熔覆层材料的硬度和耐磨性。附图说明图1为本专利技术实施案例2制备的高速激光熔覆用高硬度铁基粉末在45钢上进行激光熔覆时所得到的熔覆层的低倍金相组织形貌图；图2为本专利技术实施案例2制备的高速激光熔覆用高硬度铁基粉末在45钢上进行激光熔覆时所得到的熔覆层与45钢、熔覆层的金相组织形貌图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供了一种超高速激光熔覆用高硬度铁基粉末，按质量百分比由以下原料组分组成：C粉0.6～1.0％，Cr粉3～7％，Mo粉4～8％，W粉4～8％，V粉1～3％，Si粉0.5～1.5％，CeO2粉0.4～0.8％，余量为Fe，以上各组分重量百分比之和为100％。上述，各原料组分合金粉末的纯度均≥99％。该铁基粉末中主要合金组分的作用和功能如下：CeO2稀土元素，可以净化晶界、改善碳化物分布，也可作为形核剂，细化晶粒。Si元素可以提高铁基熔覆金属与基体的润湿性，有利于熔覆层成形。但Si含量不宜太高，否则形成Si的硬质相，显著降低熔覆层韧性。Cr元素可以与C反应生成Cr23C6和Cr7C3等硬质化合物，可提高熔覆层金属的硬度和耐磨性；Mo、W、V元素，可以在熔覆层中形成高熔点的碳化物，这些高熔点碳化物作为形核剂，促使碳化物的球化。本专利技术还提供了上述超高速激光熔覆用高硬度铁基粉末的制备方法，具体步骤如下：步骤1：按质量百分比分别称取C粉0.6～1.0％，Cr粉3～7％，Mo粉4～8％，W粉4～8％，V粉1～3％，Si粉0.5～1.5％，CeO2粉0.4～0.8％，余量为Fe，以上各组分重量百分比之和为100％；步骤2：将上述各原料充分混合后，采用真空熔炼设备，以N2作为雾化气体，雾化压力为6MPa，雾化过程保持熔体的过热度在100～150℃之间。步骤3：对雾化后的合金粉末进行粒度筛分，筛选粒度范围在25～53μm(270～500目)的金属粉末，粉末的流动性要求25～40s/100g。步骤4：对制备的粉末进行真空包装，待用。实施例1步骤1：按质量百分比分别称取C粉0.6％，Cr粉3％，Mo粉4％，W粉4％，V粉1％，Si粉0.5％，CeO2粉0.4％，余量为Fe，以上各组分重量百分比之和为100％。步骤2：将上述各原料充分混合后，采用真空熔炼设备，以N2作为雾化气体，雾化压力为6MPa，雾化过程保持熔体的过热度在100℃。步骤3：对雾化后的合金粉末进行粒度筛分，筛选粒度为25μm的金属粉末，粉末的流动性要求25s/100g。步骤4：对制备的粉末进行真空包装，待用。用实施例1制备的超高速激光熔覆用高硬度铁基粉末在45钢基材上进行超高速激光熔覆，具体步骤如下：(1)对基体表面进行机加工，用酒精或丙酮去除表面污渍；(2)将制备好的粉末预热，预热温度120℃，预热时间1小时，过筛(-270目～+500目)后装入送粉器中；(3)调整设备和工件相对位置，设定熔覆路径；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高速激光熔覆用高硬度铁基粉末，其特征在于，按质量百分比由以下原料组分组成：C粉0.6～1.0％，Cr粉3～7％，Mo粉4～8％，W粉4～8％，V粉1～3％，Si粉0.5～1.5％，CeO

【技术特征摘要】
1.一种超高速激光熔覆用高硬度铁基粉末，其特征在于，按质量百分比由以下原料组分组成：C粉0.6～1.0％，Cr粉3～7％，Mo粉4～8％，W粉4～8％，V粉1～3％，Si粉0.5～1.5％，CeO2粉0.4～0.8％，余量为Fe，以上各组分重量百分比之和为100％。


2.根据权利要求1所述的一种高速激光熔覆用高硬度铁基粉末，其特征在于，各原料组分合金粉末的纯度均≥99％。


3.一种超高速激光熔覆用高硬度铁基粉末的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取C粉0.6～1.0％，Cr粉3～7％，Mo粉4～8％，W粉4～8％，V粉1～3％，Si粉0.5～1.5％，CeO2粉0.4～0.8％，余量为Fe，以上各组分重量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1各原...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚巧玲，仝雄伟，许帅，张敏，李继红，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61