一种超高速激光熔覆高硬度高耐磨涂层制备方法技术

本发明专利技术涉及金属材料涂层制造技术领域，公开了一种超高速激光熔覆高硬度高耐磨涂层制备方法。旨在解决现有技术中制备超高速耐磨涂层时，形成的非平衡凝固组织导致合金粉末的硬度偏低，耐磨涂层硬度低，熔覆层裂纹敏感性增加，甚至出现开裂剥落的风险的技术问题。本发明专利技术包括如下步骤：S1，热处理合金棒材；S2，制备合金粉末并测试其性能；S3，制备超高速耐磨涂层并测试其性能。本发明专利技术实现了目标物相从金属棒材

【技术实现步骤摘要】
一种超高速激光熔覆高硬度高耐磨涂层制备方法


[0001]本专利技术涉及金属材料涂层制造
，尤其涉及一种超高速激光熔覆高硬度高耐磨涂层制备方法。

技术介绍

[0002]随着现代化建设的高速发展，对制造业提出了更高的要求，尤其是煤炭石油、化工冶金、汽车制造等对耐磨性要求较高的行业，目前，通过在关键零部件表面制备一层具有高耐磨性的涂层可以有效达到表面强化和局部修补的效果，延长其使用寿命，降低再制造成本。
[0003]激光熔覆技术利用高能密度激光束将熔覆材料与基体表面快速融化、快速凝固，使熔覆层与基体表面达到冶金结合的效果，显著改善基材表面的耐磨性、耐蚀性等。激光熔覆制备的熔覆层具有与基体呈冶金结合、组织细小、致密、性能高等优点。
[0004]超高速激光熔覆技术是在传统激光熔覆技术基础上，通过调节实现粉末粒子与激光束的最佳耦合，达到缩短激光单点的照射时长，极大的提升熔覆速率和粉末利用率的效果，解决了目前熔覆技术由于效率低、成本高而限制其应用的瓶颈问题，利用超高速激光熔覆技术制备超高速耐磨涂层受到了越来越多的关注。
[0005]原材料粉末的成分配比和物相构成是影响涂层耐磨性能的主要因素之一，其中，金属粉末的相的组成，由于制粉工艺的不同存在着较大差异；气雾化制粉是现今应用最广泛的金属粉末制备办法之一，生产过程中，熔融态细小液滴由于冷却速度极快，一些硬质合金相无法在粉末基体中析出，形成的非平衡凝固组织导致合金粉末的硬度偏低。
[0006]利用超高速激光熔覆技术制备超高速耐磨涂层时也有相似的工艺特性，常规制备涂层时，在超常快冷条件下，合金相在熔覆层中析出量小，导致耐磨涂层硬度低，若要达到理想性能，后续需对熔覆层乃至整个零部件进行热处理。在一些不易进行热处理的超大超长件或结构复杂的金属件，现多通过外加硬质相的方法进一步提高熔覆层的硬度和耐磨性，但通过外加硬质相会导致熔覆层裂纹敏感性增加，甚至出现开裂剥落的风险。

技术实现思路

[0007]鉴于以上技术问题，本公开提供了一种超高速激光熔覆高硬度高耐磨涂层制备方法，解决了现有技术中制备超高速耐磨涂层时，形成的非平衡凝固组织导致合金粉末的硬度偏低，耐磨涂层硬度低，熔覆层裂纹敏感性增加，甚至出现开裂剥落的风险的技术问题。
[0008]根据本公开的一个方面，提供一种超高速激光熔覆高硬度高耐磨涂层制备方法，包括如下步骤：
[0009]S1，热处理合金棒材：将富含碳化物形成元素的合金棒材置于隔绝空气的热处理炉中进行热处理，将所述合金棒材进行1～2次淬火处理，得到淬火件，随后将淬火件进行1～3次回火处理，取出后冷却至室温得到碳化物充分析出的合金棒材；
[0010]S2，制备合金粉末并测试其性能：将S1中热处理后的合金棒材进行精加工得到所
需规格的合金电极棒，将合金电极棒置于等离子旋转电极设备中进行抽真空处理，设置等离子枪与电极棒距离、电极棒转速、进给速度、等离子枪功率参数，充入保护气后制备合金粉末；测试所制备的合金粉末的流动性、粒度、氧含量、球形度，并通过扫描电子显微镜观察所述合金粉末形貌和微观结构；
[0011]S3，制备超高速耐磨涂层并测试其性能：将待熔覆件进行表面预处理，打磨清洗去除氧化皮；将所述S2中制得的合金粉末通过超高速激光熔覆制备在待熔覆件表面，制备超高速耐磨涂层；对所述耐磨涂层进行取样、磨样、抛光，并通过光学显微镜、扫描电子显微镜分析耐磨涂层的显微组织，通过显微硬度计测量耐磨涂层的硬度。
[0012]在本公开的一些实施例中，所述S1中，所述碳化物形成元素及含量包括：C：0.50～1.80％，Mo：2.00～6.00％，Cr：3.00～10.0％，V：1.0～5.50％，W：5.00～11.0％。
[0013]在本公开的一些实施例中，S2中，所述等离子枪与电极棒距离为20～90mm，电极棒转速为25000～35000r/min、进给速度为0.5～1.5mm/s、等离子枪功率为150kw
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200kw。
[0014]在本公开的一些实施例中，所述S3中所述超高速激光熔覆的工艺参数为：光斑直径为1～4mm，激光功率1500～5000W，扫描速度为40～60m/min，搭接率为30～60％，送粉速率为20～50g/min，氩气流量为4～15/min。
[0015]在本公开的一些实施例中，所述S3中合金粉末的流动性为10～30s/50g，合金粉末颗粒状碳化物合金相大量析出，所述颗粒状碳化物合金相包含MC、M6C、M23C6、或M7C3。
[0016]在本公开的一些实施例中，所述S3中熔覆层硬度不小于65HRC。
[0017]在本公开的一些实施例中，所述S1中淬火处理的保温温度为800～1200℃，保温时间为5～60min，冷却方式为油冷。
[0018]在本公开的一些实施例中，所述S1中回火处理的保温温度为400～600℃，保温时间为30～130min，冷却方式为空冷。
[0019]在本公开的一些实施例中，所述S1中碳化物形成元素的合金棒材热处理时的升温速率不高于10℃/min。
[0020]在本公开的一些实施例中，所述S2中的合金电极棒直径为20～55mm，长度为130～160mm，直线度偏差不大于0.01mm。
[0021]本专利技术的有益效果在于：
[0022]1、本专利技术在采用上述制备方案后，通过对基材进行热处理相变，使得碳化物充分析出，并利用等离子旋转电极制粉和超高速激光熔覆的超常冷却特点，实现了目标物相从金属棒材
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金属粉末
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金属涂层的有效转换，极大降低了目标物相热处理的难度；相对于现阶段技术加工后对粉末进行相变，或相变后雾化成为粉末，用先相变再后续加工的形式，得到的粉末用于涂层制备后，涂层的硬度和耐磨度都有显著提高。
[0023]2、本专利技术通过旋转电极制备的高性能金属粉末具有，球形度≥94％、氧含量≤630ppm，空心粉少等特点；金属粉末本身析出大量高硬质相，具有优异的物理、化学性能，特别适用于超高速激光熔覆等表面改性工艺使用。
[0024]3、本专利技术通过适当的超高速激光熔覆工艺制备涂层可获得优异耐磨性能，无需对表面改性金属件进行额外热处理，熔覆层表面粗糙度低，极大减少了后续机加工难度。
[0025]4、本申请中碳化物形成元素中，可以适当提高W、V的配比，并能够有效降低传统做法中W、V含量过高造成涂层开裂的现象。
[0026]5、扫描速度较快，在超高速激光熔覆过程中能达到超常快冷的效果，降低熔池存在的时间，最大程度遗传粉末中的碳化物。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例一制备得金属粉末显微组织形貌
[0028]图2为本专利技术对比例一制备得金属粉末显微组织形貌
[0029]图3为本专利技术实施例一制备得熔覆层显微组织形貌
[0030]图4为本专利技术对比例二制备得熔覆层显微组织形貌
具体实施方式
[0031]以下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高速激光熔覆高硬度高耐磨涂层制备方法，其特征在于：包括如下步骤：S1，热处理合金棒材：将富合碳化物形成元素的合金棒材置于隔绝空气的热处理炉中进行热处理，将所述合金棒材进行1～2次淬火处理，得到淬火件，随后将淬火件进行1～3次回火处理，取出后冷却至室温得到碳化物充分析出的合金棒材；S2，制备合金粉末并测试其性能：将S1中热处理后的合金棒材进行精加工得到所需规格的合金电极棒，将合金电极棒置于等离子旋转电极设备中进行抽真空处理，设置等离子枪与电极棒距离、电极棒转速、进给速度、等离子枪功率参数，充入保护气后制备合金粉末；测试所制备的合金粉末的流动性、粒度、氧含量、球形度，并通过扫描电子显微镜观察所述合金粉末形貌和微观结构；S3，制备超高速耐磨涂层并测试其性能：将待熔覆件进行表面预处理，打磨清洗去除氧化皮；将所述S2中制得的合金粉末通过超高速激光熔覆制备在待熔覆件表面，制备超高速耐磨涂层；对所述耐磨涂层进行取样、磨样、抛光，并通过光学显微镜、扫描电子显微镜分析耐磨涂层的显微组织，通过显微硬度计测量耐磨涂层的硬度。2.如权利要求1所述的一种超高速激光熔覆高硬度高耐磨涂层制备方法，其特征在于，所述S1中，所述碳化物形成元素及含量包括：以合金电极棒的总重为重量基础，其中C：0.50～1.80％，Mo：2.00～6.00％，Cr：3.00～10.0％，V：1.0～5.50％，W：5.00～11.0％。3.如权利要求1所述一种超高速激光熔覆高硬度高耐磨涂层制备方法，其特征在于，所述S2中，所述等离子枪与电极棒距离为20～90mm，电极棒转速为25000～35000r/min、进给速度为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：杜博睿，王淼辉，葛学元，许培鑫，徐一斐，胡启鹏，
申请(专利权)人：中机新材料研究院郑州有限公司，
类型：发明
国别省市：