一种耐高温冲击磨损梯度复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐高温冲击磨损梯度复合材料的制备方法，其步骤包括：金属基材表面预处理，根据金属基材和工况，配制金属基陶瓷颗粒增强型的打底层合金粉末；根据打底层合金粉末和工况，配制金属基陶瓷颗粒增强型的表面层合金粉末；通过半导体激光器在金属基材表面熔覆打底层合金粉末，获得打底层合金；清除打底层合金表面的氧化皮，在打底层合金表面通过半导体激光器再熔覆表面层合金粉末，获得表面层合金。采用本发明专利技术制备耐高温冲击磨损梯度复合材料，成本低，质量稳定，便于大规模生产，具有突出的经济效益和社会效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复合材料的制备方法，特别是，属于机械加工工艺领域。
技术介绍
随着现代工业的发展，大于800°的高温、氧化及冲击磨损工况环境在实际生产中越来越多，例如冶金行业的烧结、高炉系统，焦化行业中的炼焦系统，石化行业的炼化、合成系统中。而且，在航空、舰船等领域也经常出现如此恶劣的高温工况，对工作其中的金属结构和零部件提出了更高要求。在如此恶劣的高温冲击磨损工况下，高温对金属的氧化强烈，加速了金属的软化、老化；在高温物料冲击磨损情况下，结构和零部件损伤非常快，增大了企业生产成本。目前国内主要的钢铁企业、焦化企业、石化企业中，工况温度大于800°工作的结构和零部件主要采用整体耐热不锈钢材料，主要有ZG35Cr24Ni7、lCrl8Ni9Ti、耐热不锈钢20X23H18等。整体不锈钢材质成本高，高温硬度低，特别是耐高温磨损性能差，高温下氧化快，导致结构和零部件寿命短，影响企业连续生产，提高了企业成本。由于单一不锈钢材质在强度、硬度、耐高温、抗磨损及抗氧化等方面性能不可能兼顾，现有单一材质材料无法满足现场高温冲击磨损工况条件下长时间连续生产的要求。本专利技术提供，由本专利技术获得的梯度复合材料，很好地满足了现场高温冲击磨损生产环境下对材料的长寿命、低成本要求，而且本专利技术制得的梯度复合材料还具有优秀的抗高温氧化性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供。采用本专利技术方法制备的高温复合衬板，完全能够满足大于800°，小于1250°高温环境下冲击磨损的恶劣工况，并且具有良好的抗氧化性能、耐激冷激热性能、易于加工性能等，且价格低廉。为实现上述任务，本专利技术采取如下的技术方案其制备步骤是 1、根据金属基材和工况要求，配制打底层和表面层合金粉末，其中 打底层选用的金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末成分质量百分比为C: O. 25 O. 45%，Cr 10 30%，Ni :10 35%，余量为Al，进行混合； 表面层选用的金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末成分质量百分比为C 0. 05 O. 65%，Cr :3 20%，Ni :3 20%，余量为Al，进行混合； 2、对金属基材表面进行清除锈蚀、油污、氧化皮杂质预处理； 3、在金属基材表面通过大功率半导体激光器激光熔覆打底层合金粉末，采用气动送粉、或重力送粉、或者铺粉的方法送粉，粉层厚度为O. 7 3. 2mm，其中，激光器工艺参数为激光功率范围为1000W 3800W，矩形光斑2 X 8mm，扫描速度为5mm/s 20mm/s，搭接率为5% 10%，随着半导体激光光束的移动，在金属基材表面获得均匀的金属基陶瓷颗粒增强型打底层合金，打底层合金厚度为O. 2 2. 7mm ； 4、去除打底层合金表面氧化皮； 5、在打底层表面再通过大功率半导体激光器激光熔覆表面层合金粉末，采用气动送粉、或重力送粉、或者铺粉的方法送粉，粉层厚度为O. 7 3. 2mm，其中，激光器工艺参数为激光功率范围为500W 3800W，矩形光斑2 X 8mm，扫描速度为3mm/s 15mm/s，搭接率为5% 10%，随着半导体激光光束的移动，在打底层合金表面获得均匀的金属基陶瓷颗粒增强型表面层合金，获得均匀的呈现梯度变化的耐高温冲击磨损合金层表面层合金厚度为O. 2 2. 7mm的复合材料。在本专利技术中，打底层用金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末的粒度为100 325目。在本专利技术中，打底层用金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末采用机械式混粉器混合均匀，混合时间I 2小时。在本专利技术中，表面层用金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末的粒度为100 325目。在本专利技术中，表面层用金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末采用机械式混粉器混合均匀，混合时间I 2小时。在本专利技术中，所述的金属基材可以是铸钢、冷热轧钢板，要求金属基材耐热工作温度达到800°以上。本专利技术复合材料的金属基陶瓷颗粒增强型合金熔覆层采用梯度设计，分为打底层和表面层。整个复合材料从金属基材到打底层，再到表面层，硬度从低到高逐渐变化，增强了打底层合金与金属基材、打底层合金与表面层合金的结合性能，并且打底层与表面层间硬度和成分变化小，在高温物料等的冲击下，不容易开裂。通过合金粉末成分的梯度变化获得力学性能的梯度变化，使得复合材料获得了良好的抗高温冲击性能。在半导体激光器输出的矩形高能量光束作用下，合金粉末与金属基材表面金属、合金粉末与打底层表面合金发生快速熔化和凝固，获得了晶粒细小、组织致密的带有金属基陶瓷颗粒增强相的冶金结合层。在金属基材表面制备了呈梯度变化的耐高温金属陶瓷层，获得了耐高温冲击磨损的复合材料。本专利技术方法制备的耐高温冲击磨损梯度复合材料，具有优秀的抗冲击、抗氧化、耐高温、耐磨损性能，同时以耐高温的铸钢和冷热轧钢板为复合材料基材，保证了复合材料良好的高温抗冲击能力，充分发挥了材料性能潜力。合金熔覆层中弥散分布着大量氧化物和碳化物陶瓷硬质相，具有理想的抗高温磨粒磨损及硬面磨损性能；金属陶瓷层的抗氧化性能优秀，而且在高温下容易形成钝化膜，不但保护了金属陶瓷层，还保护了金属基材。本专利技术的有益效果 本专利技术方法制备的耐高温冲击磨损梯度复合材料，比较传统的单一材质耐热不锈钢材料具有更好的耐高温冲击磨损、抗氧化性能，成本低，并具有良好的加工性能，而且实施方便，便于大规模生产。在冶金、焦化和石化等领域广泛使用这种梯度复合材料，每年可以为国家降低巨大的合金消耗和能耗，产生显著的直接经济效益和社会效益。具体实施方式以下结合专利技术人给出的实施实例对本专利技术进一步说明。实施例I 首先通过喷砂方法清除热轧lCrl3金属基材表面的锈蚀、油污、氧化皮杂质，根据金属基材的特点和工况要求，配制打底层用金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末，其中，合金粉末成分的质量百分比为=C O. 25%，Cr 10%, Ni 10%，余量为Al，合金粉末粒度为100 325目，采用机械式混粉器混合2小时，混合均匀；依据打底层合金粉末配比和工况要求，配制表面层用金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末，其中，合金粉末成分的质量百分比为C:O. 05%，Cr : 3%，Ni : 3%，余量为Al，合金粉末粒度为100 325目，采用机械式混粉器混合2小时,混合均勻,在金属基材表面通过大功率半导体激光器激光熔覆打底层合金粉末，采用铺粉的方法送粉，粉层厚度为I. 7mm，打底层合金粉末熔覆的工艺参数为激光功率为1000W，矩形光斑2 X 8mm，扫描速度为5mm/s，搭接率为5%，随着半导体激光光束的移动，在 金属基材表面获得均匀的金属基陶瓷颗粒增强型打底层合金，打底层合金厚度为I. 2mm，清除打底层合金表面的氧化皮，在打底层合金表面再通过大功率半导体激光器激光熔覆表面层合金粉末，采用气动送粉，粉层厚度为I. 0mm，表面层合金粉末激光熔覆工艺参数为激光功率500W，矩形光斑2 X 8mm,扫描速度为5mm/s，搭接率为10%，随着半导体激光光束的移动，在打底层表面获得均匀的金属基陶瓷颗粒增强型表面层合金，得到表面层合金厚度为O. 5mm的耐高温冲击磨损梯度复合衬板，该复合衬板表面金属陶瓷合金层光滑、无裂纹。实施例2 首先通过喷砂方法清除热轧钢板2Crl3金属基材表面的锈蚀、油污、氧化皮杂质；根据金属基材的特点和工况要求，配制打底本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐高温冲击磨损梯度复合材料的制备方法，其方法步骤包括：（1）根据金属基材和工况要求，配制打底层和表面层合金粉末，其中：打底层选用的金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末成分质量百分比为：C：？0.25～0.45%，Cr：？10～30%，Ni？：10～35%，余量为Al，进行混合；表面层选用的金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末成分质量百分比为：C？：0.05～0.65%，Cr？：3～20%，Ni？：3～20%，余量为Al，进行混合；（2）对金属基材表面进行清除锈蚀、油污、氧化皮杂质预处理；（3）在金属基材表面通过大功率半导体激光器激光熔覆打底层合金粉末，采用气动送粉、或重力送粉、或者铺粉的方法送粉，粉层厚度为0.7～3.2mm，其中，激光器工艺参数为：激光功率范围为1000W～3800W，矩形光斑2×8mm，扫描速度为5mm/s～20mm/s，搭接率为5%～10%，随着半导体激光光束的移动，在金属基材表面获得均匀的金属基陶瓷颗粒增强型打底层合金，打底层合金厚度为0.2～2.7mm；（4）去除打底层合金表面氧化皮；（5）在打底层表面再通过大功率半导体激光器激光熔覆表面层合金粉末，采用气动送粉、或重力送粉、或者铺粉的方法送粉，粉层厚度为0.7～3.2mm，其中，激光器工艺参数为：激光功率范围为500W～3800W，矩形光斑2×8mm，扫描速度为3mm/s～15mm/s，搭接率为5%～10%，随着半导体激光光束的移动，在打底层合金表面获得均匀的金属基陶瓷颗粒增强型表面层合金，获得均匀的呈现梯度变化的耐高温冲击磨损合金层表面层合金厚度为0.2～2.7mm的复合材料。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵明鹰，
申请(专利权)人：秦皇岛格瑞得节能技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：