一种激光熔覆高红硬性粉末及热冲压模具熔覆方法技术

本发明专利技术涉及一种激光熔覆高红硬性粉末，它包括如下重量份数的组分：Fe25份

A laser cladding method of high red hard powder and hot stamping die cladding

【技术实现步骤摘要】
一种激光熔覆高红硬性粉末及热冲压模具熔覆方法


[0001]本专利技术涉及一种激光熔覆高红硬性粉末及热冲压模具熔覆方法，属于粉末材料及激光加工


技术介绍

[0002]激光熔覆技术(Laser Cladding)是一种采用高能激光束做为热源对材料加热使其熔化沉积在微熔基材表面从而实现增材制造(AM，Additive Manufacturing)的先进制造技术。激光熔覆作为一种先进的增材制造技术，在尺寸恢复、表面强化、修复再制造方面起着举足轻重的作用；尤其是在工件表面强化制备功能层方面具有较大的优势。
[0003]目前，为了实现汽车燃油经济性，一些重要的汽车钣金件越来越多的采用超高强钢热冲压成形，超高强钢热冲压模具一般采用H13热作模具钢制造。H13热冲压模具经热处理后硬度在HRC50
‑
HRC52，在使用过程中模具内部通冷却水使其整体保持低温状态，表面反复承受900℃以上的高温超高强钢板料的热冲压冲击影响，模具型面会产生磨损，尤其是圆角等棱线磨损尤为严重，磨损到一定程度模具就会报废。
[0004]为了实现高温磨损失效后的热冲压模具的再使用，亟需专利技术一种激光熔覆高红硬性粉末及热冲压模具激光熔覆方法，以解决超高强钢热冲压模具在高温疲劳磨损失效后的激光熔覆修复强化问题，实现热冲压模具的再使用，延长热冲压模具的使用寿命。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有的超高强钢热冲压模具在高频次的热疲劳磨损造成其失效的情况下提供一种在高温下具有较高硬度的激光熔覆粉末以及使用该高红硬粉末修复强化热冲压模具型面的激光熔覆方法。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0007]一种激光熔覆高红硬性粉末，它包括如下重量份数的组分：Fe25份
‑
35份、Ni20份
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30份、Co25份
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35 份、C0.5份
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1.0份、Cr8份
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15份、Si0.7份
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1.5份、Mn0.2份
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0.5份、Mo2.3份
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2.8份、Al0.8份
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1.5份、 V0.3份
‑
0.6份、W1.5份
‑
3份、Ti1.5份
‑
3份、B0.5份
‑
1.5份。
[0008]进一步的，一种激光熔覆高红硬性粉末，它由如下重量份数的组分组成：Fe30份
‑
35份、Ni20份
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25 份、Co25份
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30份、C0.5份
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1.0份、Cr11份
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15份、Si0.7份
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1.0份、Mn0.2份
‑
0.4份、Mo2.5份
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2.8份、 Al0.8份
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1.0份、V0.3份
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0.6份、W1.5份
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2份、Ti1.5份
‑
2份、B0.5份
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1.00份、石墨烯0.5份
‑
1.5份。
[0009]进一步的，将Fe、Ni、Co、C、Cr、Si、Mn、Mo、Al、V、W、Ti和B组分采用气雾化或水雾化方法制备成FeNiCo合金；将石墨烯与FeNiCo合金通过机械混合、超声混合或球磨方式混合均匀；优选的，将石墨烯与FeNiCo合金通过机械混合或超声混合方式混合均匀。
[0010]进一步的，所述石墨烯为单层、双层或少层氧化石墨烯中的一种或多种混合，优选选择少层氧化石墨烯，少层氧化石墨烯在高温下化学性质稳定，在激光熔覆过程中不易发生烧损或分解，可以保留石墨烯高强度、高硬度和高韧性的特性。
[0011]进一步的，所述FeNiCo合金的粒度为100目
‑
300目。
[0012]本专利技术提供的激光熔覆高红硬性粉末，粉末中加入Co、Ni元素为材料的整体高红硬性奠定了基础；同时W和Ti的加入形成TiC和WC硬质颗粒，在高温下硬度较高，并且Mn、Si、Mo、Cr可以形成 MnSi相和MoCr相，MnSi相和MoCr相在高温下组织稳定，可以大幅度的提高该粉末的红硬性；元素V 可以细化晶粒，在激光熔覆过程中石墨烯分散在熔覆层中可以增加熔覆层整体强度，并且石墨烯再高温下的稳定性较好，对保持熔覆层在高温下的硬度、强度和稳定性十分有利。
[0013]在上述技术方案的基础上，本专利技术还提供了一种热冲压模具激光熔覆方法，采用以上所述的激光熔覆高红硬性粉末对热冲压模具进行激光熔覆修复强化。
[0014]进一步的，一种热冲压模具激光熔覆方法，包括以下步骤：
[0015]S1、机械加工：热冲压模具型面进行机械加工，去除疲劳层，加工形成激光熔覆基准面；
[0016]S2、喷砂毛化：对加工后的热冲压模具型面进行喷砂毛化，增大型面的粗糙度，利于型面对激光的吸收，并且使型面表面产生压应力，避免激光熔覆裂纹的产生；
[0017]S3、清洗：使用压缩空气除去热冲压模具型面的灰尘，然后使用酒精或丙酮对热冲压模具型面擦拭除油污；
[0018]S4、激光熔覆：采用同轴送粉方式对热冲压模具型面进行激光熔覆高红硬性粉末，并且同时采用旁轴送料方式向激光熔覆高红硬粉末过程中形成的熔池内或熔池表面输送氧化石墨烯；
[0019]S5、重复步骤S4直至热冲压型面的尺寸满足后续机械加工要求；
[0020]S6、型面加工：对激光熔覆面进行机械加工至热冲压模具图纸要求。
[0021]进一步的，S2中喷砂毛化采用铁砂、石英砂或者刚玉砂中的一种，并且其形状为球形或类球形，以及其粒径大小为50微米
‑
200微米。
[0022]进一步的，S4中激光熔覆工艺为：激光功率1500W
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2000W、同轴送粉量5g/min
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25g/min、激光扫描速度为5mm/s
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20mm/s和搭接率为30％
‑
60％
[0023]S4中旁轴送料方式中氧化石墨烯的送料量为0.01g/min
‑
0.15g/min；
[0024]采用氮气做为同轴送粉、旁轴送料的载气和激光熔覆的保护气；采用氮气做为载气和保护气，氮气和粉末中的B元素可以形成BN，进一步提高熔覆层的高红硬性。
[0025]进一步的，S4中同轴送粉方式激光熔覆形成的单层熔覆层厚度不大于0.3mm，激光熔中激光的光斑直径为3mm或4.2mm。
[0026]本专利技术的优点在于：1、高红硬粉末材料以Fe、Ni和Co为主要成分，Fe可以使材料在激光熔覆过程中与钢质基体(热作模具钢等基体)很好的熔合，激光熔覆层与基体结合良好；Co、Ni元素为材料的整体高红硬性奠定了基础；2、W、Ti、C、Mn、Si、Mo、Cr可以形成TiC和WC硬质颗粒以及M本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光熔覆高红硬性粉末，其特征在于：它包括如下重量份数的组分：Fe25份
‑
35份、Ni20份
‑
30份、Co25份
‑
35份、C0.5份
‑
1.0份、Cr8份
‑
15份、Si0.7份
‑
1.5份、Mn0.2份
‑
0.5份、Mo2.3份
‑
2.8份、Al0.8份
‑
1.5份、V0.3份
‑
0.6份、W1.5份
‑
3份、Ti1.5份
‑
3份、B0.5份
‑
1.5份。2.根据权利要求1所述的一种激光熔覆高红硬性粉末，其特征在于，它由如下重量份数的组分组成：Fe30份
‑
35份、Ni20份
‑
25份、Co25份
‑
30份、C0.5份
‑
1.0份、Cr11份
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15份、Si0.7份
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1.0份、Mn0.2份
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0.4份、Mo2.5份
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2.8份、Al0.8份
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1.0份、V0.3份
‑
0.6份、W1.5份
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2份、Ti1.5份
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2份、B0.5份
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1.00份、石墨烯0.5份
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1.5份。3.根据权利要求2所述的一种激光熔覆高红硬性粉末，其特征在于，将Fe、Ni、Co、C、Cr、Si、Mn、Mo、Al、V、W、Ti和B组分采用气雾化或水雾化方法制备成FeNiCo合金；将石墨烯与FeNiCo合金通过机械混合、超声混合或球磨方式混合均匀；优选的，将石墨烯与FeNiCo合金通过机械或超声混合方式混合均匀。4.根据权利要求2所述的一种激光熔覆高红硬性粉末，其特征在于，所述石墨烯为单层、双层和少层氧化石...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙福臻，姜波，李岩，刘希豪，
申请(专利权)人：北京机科国创轻量化科学研究院有限公司烟台分公司，
类型：发明
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