一种网络状的金属陶瓷硬质合金激光增材制造制备方法技术

本发明专利技术提供一种网络状的金属陶瓷硬质合金激光增材制造制备方法。所述网络状的金属陶瓷硬质合金激光增材制造制备方法使用送粉式增材制造设备在氩气保护下将金属粉末送入熔池，在基体表面形成致密的硬质涂层，激光增材制造技术制备的涂层具有对基体的稀释小，热影响区小，与基体冶金结合良好的特点，本发明专利技术还具有打印超薄涂层的优势，涂层厚度可控。涂层厚度可控。涂层厚度可控。

A network method for manufacturing cermet and cemented carbide laser additive

【技术实现步骤摘要】
一种网络状的金属陶瓷硬质合金激光增材制造制备方法


[0001]本专利技术涉及激光增材制造领域，具体是一种代替传统电镀硬铬工艺，具有高的硬度，良好韧性的网络状的金属陶瓷硬质合金激光增材制造制备方法。
[0002]
技术介绍

[0003]长期以来，镀铬层除了作为装饰涂层外，还广泛作为机械零部件的耐磨和耐蚀涂层。电镀硬铬是一种增加零件表面硬度、耐磨、耐腐蚀等性能的表面处理工艺。在航空领域，大到飞机发动机，小到航空零部件，表面镀铬都成为不可或缺的一道工艺。然而，电镀硬铬工艺也有一定的缺点：电镀硬铬层的硬度一般为700
‑
900HV，远不及一些陶瓷和金属陶瓷材料的硬度高和耐磨性好，而且镀铬层的硬度在温度升高时会因其内应力的释放而迅速降低，其工作温度也只能是低于450℃，因此难以满足现代机械在高温、高速下工作的要求。
[0004]镀铬层内存在微裂纹，不可避免地会产生穿透性裂纹，导致腐蚀介质从表面渗透至镀层/基体界面而腐蚀基体。
[0005]电镀硬铬工艺沉积速度慢（约25
µ
m/h），镀0.2
‑
0.3mm厚的镀层往往需要2
‑
3天的时间，也不利于厚镀层的应用。
[0006]镀铬工艺还会有六价铬的产生，而含有六价铬的电镀废水对环境会产生很大影响。
[0007]钴铬碳化钨是常见的硬质合金，是一种具有高硬度、高耐磨耐蚀性、强抗氧化性的合金材料。
[0008]激光增材制造是重要的表面修复与再制造的工艺之一，它使用高功率激光束熔化沉积材料。由于激光沉积层与基体之间的冶金结合，二者界面处的结合强度要明显高于传统电镀涂层的界面强度。此外，利用激光增材制造制备的涂层还具有对基体的稀释率小，热影响区小，表面质量好的特点。
[0009]传统WC硬质合金涂层多为片状结构，本专利技术涂层内大多为重熔析出相，界面具有较好的强韧性，并且涂层厚度可由改变激光的能量密度，以及后期使用机械加工进行调控。
[0010]因此，本专利技术致力于开发一种能够代替电镀硬铬涂层的金属陶瓷硬质涂层制备工艺。采用Co作为粘结剂，制备Co基WC熔覆层。涂层冶金质量良好，组织分布均匀，且制备高效、便捷，并能够代替传统电镀硬铬工艺应用到零件表面。
[0011]
技术实现思路

[0012]基于此，本专利技术提出了一种网络状的金属陶瓷硬质合金激光增材制造制备方法，使用激光增材制造技术在基体上打印金属陶瓷硬质涂层，获得组织致密，具有高硬度和良好耐磨性，且与基体合金结合良好的涂层。
[0013]本专利技术提供的一种网络状的金属陶瓷硬质合金激光增材制造制备方法，包括以下步骤：（1）粉末的选用：在购置粉末时要选用粒径在45微米上下，颗粒饱满，球形度高，含氧量低的合金粉末。粉末成分设计为：WC：85
‑
90mass%，Co：10
‑
15mass%，Cr：1
‑
4mass%，总的百分比为100mass%。
[0014]（2）基板的预处理：基板选取为合金结构钢。分别用320目和600目砂纸打磨基板表面至光滑，后放在无水乙醇溶液中，使用超声波清洗干净，取出擦干水分放在烘箱内烘干。
[0015]（3）涂层的制备：经送粉器将WC
‑
Co
‑
Cr粉末送入熔池，得到致密的硬质合金涂层。工艺参数如下：粉盘转速0.03r/min
‑
0.6r/min，气流量3L/min
‑
10L/min，光斑直径2mm
‑
5mm，激光功率600W
‑
1500W，扫描速度500
‑
1500mm/min，搭接量为0.3
‑
1.4mm。
[0016]（4）使用线切割机将试样沿垂直于涂层表面切开，用金相砂纸打磨至2000目并抛光，观察涂层截面，涂层没有明显孔洞、夹杂及裂纹，并与基体结合良好。
[0017]（5）涂层硬度和耐磨性测试：使用维氏硬度计测量涂层硬度，摩擦磨损试验机测试涂层耐磨性。
[0018]进一步的，步骤（1）中粉末具有很好的流动性，能在钢板上形成稳定的熔池。
[0019]进一步的，步骤（1）中加入Cr是为了更好的消除涂层的气孔。
[0020]进一步的，步骤（1）使用325目筛网对购置粉末进行筛选。
[0021]进一步的，步骤（2）使用的是合金结构钢，基体形状为半径为15mm的圆形，切成10mm的高度。
[0022]进一步的，步骤（3）采用单道打印的方法在开箱条件下进行打印，搭接量为0.3
‑
1.4mm。
[0023]进一步的，所述WC
‑
Co
‑
Cr复合陶瓷涂层硬度为900
‑
1200HV，涂层厚度为100
‑
250
µ
m。
[0024]进一步的，粉末成分和打印参数的调控，制备出没有明显缺陷的涂层。
[0025]进一步的，激光功率为500W
‑
1600W，扫面速度为500mm/min
‑
1500mm/min，光斑直径为2mm
‑
5mm。
[0026]进一步的，在开箱条件下进行打印，送粉参数为粉盘转速0.03r/min
‑
0.6r/min，气流量3L/min
‑
10L/min。
[0027]进一步的，耐磨性良好，在载荷2kg，24℃条件下，摩擦副为Si3N4的条件下，摩擦系数为0.45
‑
0.65。
[0028]进一步的，测量涂层显微硬度和耐磨性，并与电镀硬铬涂层进行比较。
[0029]进一步的，增材制造涂层的硬度明显高于电镀硬铬涂层。网络状结构涂层能有效抑制铁基相的碎裂，相同载荷、转速等实验条件下，涂层的磨损质量也明显低于电镀硬铬涂层的磨损质量。
[0030]本专利技术的网络状的金属陶瓷硬质合金激光增材制造制备方法，使用送粉式增材制造设备在氩气保护下将金属粉末送入熔池，在基体表面形成致密的硬质涂层，激光增材制造技术制备的涂层具有对基体的稀释小，热影响区小，与基体冶金结合良好的特点，本专利技术还具有打印超薄涂层的优势，涂层厚度可控。金属陶瓷不仅具有陶瓷的高强度、高硬度、耐磨损等特点，还具有金属较好的韧性和可塑性。金属陶瓷硬质涂层可以代替传统硬铬层应
用于零件表面，解决硬铬层普遍存在微裂纹，镀铬工艺繁琐耗时，六价铬影响环境等问题。本专利技术制备的WC
‑
Co
‑
Cr硬质涂层组织分布均匀，与基体冶金结合良好，力学性能优异。
[0031]本专利技术的网络状的金属陶瓷硬质合金激光增材制造制备方法，采用激光增材制造工艺，快速冷却得到组织致密、均匀的涂层，解决电镀硬铬涂层存在微裂纹的问题。涂层硬度高，能够代替传统电镀硬铬涂层应用到零件表面。
[0032]与现有技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种网络状的金属陶瓷硬质合金激光增材制造制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）粉末的选用：选用粒径在45微米，颗粒饱满，球形度高，含氧量低的合金粉末，粉末成分设计为：WC：85
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90mass%，Co：10
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15mass%，Cr：1
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4mass%，总的百分比为100mass%；（2）基板的预处理：基板选取为合金结构钢，分别用320目和600目砂纸打磨基板表面至光滑，后放在无水乙醇溶液中，使用超声波清洗干净，取出擦干水分放在烘箱内烘干；（3）涂层的制备：经送粉器将WC
‑
Co
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Cr粉末送入熔池，得到致密的硬质涂层；（4）使用线切割机将试样沿垂直于涂层表面切开，用金相砂纸打磨至2000目并抛光，观察涂层截面形貌，涂层没有明显孔洞、夹杂及裂纹，并与基体结合良好；（5）涂层硬度和耐磨性测试：使用维氏硬度计...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昊男，谢云，彭晓，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：