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一种光纤激光熔覆镍基镍包碳化钨熔覆涂层的制备方法

阅读：50发布：2021-03-01

IPRDB可以提供一种光纤激光熔覆镍基镍包碳化钨熔覆涂层的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种光纤激光熔覆镍基镍包碳化钨熔覆涂层的制备方法，包括以下步骤：1)选用45钢为激光熔覆基体，先用丙酮溶液清除基体表面的锈迹或油污，再用酒精擦拭干净；2)将质量百分比为20％的镍包碳化钨与余量的镍45粉末混合均匀；3)采用预置法，将混合粉末预置粘结于45钢基体表面，粉末厚度为1mm，烘箱烘干；4)使用光纤激光器进行激光熔覆，其中光斑直径4mm，扫描速度12～16mm/s。本发明通过采用光纤激光器，低温烘干预置层，在镍基粉末中加入一定量的镍包碳化钨粉末的方法，提高了熔覆层与基体的结合强度，提高了熔覆层的硬度且获得组织均匀致密、少裂纹、气孔缺陷的熔覆层。，下面是一种光纤激光熔覆镍基镍包碳化钨熔覆涂层的制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种光纤激光熔覆镍基镍包碳化钨熔覆涂层的制备方法，包括以下步骤：

1)选用45钢为激光熔覆基体，先用丙酮溶液清除基体表面的锈迹或油污，再用酒精擦拭干净；

2)将镍包碳化钨与Ni45镍基自熔性合金粉末混合均匀得混合粉末；

3)采用预置法，将混合粉末预置粘结于45钢基体表面，粉末厚度为1mm，置于烘箱中烘干；

4)使用光纤激光器进行激光熔覆，其中光斑直径4mm，扫描速度12～16mm/s；激光功率为1600～2000w，采用氩气保护；

按重量百分比计算，步骤2)中镍包碳化钨含20％，Ni45镍基自熔性合金粉末含80％；

步骤2)中所述镍包碳化钨、Ni45镍基自熔性合金粉末粒度均介于-140～+325目；

步骤3)中以60℃将粉末烘干1～2h。

2.根据权利要求1所述光纤激光熔覆镍基镍包碳化钨熔覆涂层的制备方法，其特征在于：步骤4)中激光功率为2000w。

说明书全文

一种光纤激光熔覆镍基镍包碳化钨熔覆涂层的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于激光熔覆金属陶瓷复合材料技术领域，尤其涉及一种光纤激光熔覆镍基镍包碳化钨熔覆涂层的制备方法。

背景技术

[0002] 激光熔覆技术兴起于20世纪80年代，是一种先进的表面改进技术，该技术广泛应用于制备金属间化合物基复合涂层。其原理是利用高能密度激光束所产生的局部高温将两种或两种以上金属界面瞬间熔化，熔覆材料与基体实现冶金结合，形成与基体成分不同的熔覆层，以改善材料性能。与堆焊、热喷涂等技术相比，它具有诸多优点：如熔覆层硬度高、耐磨性好、工件变形小、熔覆层质量稳定、冷却速度快、污染小、稳定性高等。目前激光熔覆已在汽车工业、航空航天、海洋及石油化工等多种领域中得到了广泛使用。因而，它具有广阔的市场前景。

[0003] 熔覆材料：目前广泛应用的熔覆材料主要有：镍基、铁基、钴基、碳化物复合材料等，在金属粉末中，镍基自熔性合金与钢铁之间各项物理指标都较为匹配，具有良好的相容性，且镍基合金还具有良好的耐磨性、耐蚀性和高温力学性能。因此它也是应用最多的自熔性合金粉末。

[0004] 镍包碳化钨：镍包WC是由镍包覆层和芯部的碳化钨颗粒组成，碳化钨是一种硬度极高的碳化物陶瓷相，它不仅具有良好的金属特性，低的热膨胀系数以及良好的耐磨性，而且其韧性也是陶瓷材料中较好的，因此常被用作金属基复合涂层的强化相。其表层的镍包覆层有助于提高碳化钨与合金溶液的润湿性，同时，也可以尽量减少碳化钨在激光熔覆过程中的氧化和分解。

[0005] 激光器：目前工业中用于加工制造的激光器以第一代激光器(CO2和YAG激光器)为主。近年来，第三代激光器：光纤激光器，发展迅速。光纤激光器相比前两代激光器具有许多优点：光纤激光器结构紧凑，制造成本低；光纤激光器具有高的电光转换效率，大幅度减少工作时的耗电，运行成本低；光纤激光器的谐振腔内无光学镜片，免调节、免维护、稳定性高；随着波长的减少，金属材料对激光的吸收率增大，光纤激光波长约为CO2激光的十分之一，由于波长较短，材料对激光的吸收率高；光纤激光采用光导纤维传递激光能量，便于实现柔性制造等。

[0006] 随着科技的不断发展，激光熔覆镍基陶瓷复合涂层得到了国内外学者的广泛关注和研究(CN104046982B，CN103447485A)，但其熔覆后熔覆层出现的裂纹、气孔等缺陷导致的熔覆层组织不均匀、结合强度降低、硬度下降等问题一直存在，从而限制了它在工业上的进一步推广应用。目前，研究的熔覆涂层一般都是使用二氧化碳激光器制备的，对于光纤激光器制备的熔覆涂层的研究相对较少；在预置粉末期间，一般采用的烘干温度相对较高，对低温烘干的研究较少，温度过高会存在粉末氧化的可能性，进而对熔覆层性能存在一定的影响；此外，对于熔覆粉末中添加的碳化钨，大部分的研究为非包覆型，而包覆型的研究相对较少，包覆型的碳化钨具有较好的润湿性，可有效减少碳化钨的氧化分解。因此找到一种比较完善的进行激光熔覆镍基镍包碳化钨熔覆涂层的方法十分重要。

发明内容

[0007] 本发明的目的是克服现有技术中熔覆层出现的裂纹、气孔等缺陷导致的熔覆层组织不均匀、结合强度降低、硬度下降等问题，提供一种光纤激光熔覆镍基镍包碳化钨熔覆涂层的制备方法；通过采用光纤激光器，低温烘干预置层，在镍基粉末中加入一定量的镍包碳化钨粉末的方法，提高了熔覆层与基体的结合强度，提高了熔覆层的硬度且获得组织均匀致密、少裂纹、气孔缺陷的熔覆层。

[0008] 本发明提供一种光纤激光熔覆镍基镍包碳化钨熔覆涂层的制备方法，包括以下步骤：

[0009] 步骤一：选用45钢为激光熔覆基体，先用丙酮溶液清除基体表面的锈迹或油污，再用酒精擦拭干净；

[0010] 步骤二：将镍包碳化钨与Ni45镍基自熔性合金粉末混合均匀得混合粉末；

[0011] 步骤三：采用预置法，将混合粉末预置粘结于45钢基体表面，粉末厚度为1mm，置于烘箱中烘干；

[0012] 步骤四：使用光纤激光器进行激光熔覆，其中光斑直径4mm，扫描速度12～16mm/s；激光功率为1600～2000w，优选为2000w；采用氩气保护。

[0013] 优选的，按重量百分比计算，步骤二中镍包碳化钨含20％，Ni45镍基自熔性合金粉末含80％。

[0014] 优选的，步骤二中的镍包碳化钨按质量百分比由88％WC和12％Ni的组成，Ni45镍基自熔性合金粉末按质量百分比由13％Cr、2.5％B、3％Si、10％Fe和余量的Ni组成；

[0015] 优选的，步骤二中所述镍包碳化钨、Ni45镍基自熔性合金粉末粒度均介于-140～+325目；

[0016] 优选的，步骤三中以60℃将粉末烘干1～2h。

[0017] 本发明具有以下优点：

[0018] 1、光纤激光熔覆能量高、稳定性好，可制备出组织均匀致密且少裂纹、气孔缺陷的激光熔覆层；

[0019] 2、镍基自熔性合金与钢铁之间各项物理指标都较为匹配，具有良好的相容性，且镍基合金还具有良好的耐磨性、耐蚀性和高温力学性能；

[0020] 3、镍包碳化钨与碳化钨的区别在于，前者属于包覆型粉末，后者属于非包覆型粉末。包覆型粉末的芯核粉末受到包覆层的保护，在涂层制备工艺过程中可避免或减少发生元素的氧化烧损和热分解等现象，保持芯核颗粒的几何形状和晶体结构，从而获得高质量的涂层。本发明采用包覆型的镍包碳化钨，从实施例中可以看出，激光熔覆镍包碳化钨比激光熔覆碳化钨更有助于减少碳化钨在熔覆层中的氧化分解，进而提高熔覆层性能；

[0021] 4、本发明采用烘箱低温烘干粉末的方法，目前大多数研究均采用高于100℃烘箱烘干粉末，相比于高温烘干粉末，低温烘干粉末可有效防止粉末的氧化分解，从实施例中也可看出低温烘干粉末的方法得到的熔覆层气孔和裂纹相对较少，因而性能也较好；

[0022] 5、通过光纤激光熔覆的复合涂层，其硬度得到了显著提高。当镍包碳化钨为20％、激光功率分别为1600w、1800w、2000w时，其熔覆层硬度均约为基体45钢的2～3倍，基材性能得到了显著提高。附图说明：

[0023] 图1为实例1的激光熔覆层组织图(60℃烘干条件)；

[0024] 图2为实例1的激光熔覆层组织图(120℃烘干条件)；

[0025] 图3为实例2的激光熔覆层组织图(为镍包碳化钨)；

[0026] 图4为实例2的激光熔覆层组织图(为碳化钨)；

[0027] 图5为实例3的激光熔覆层硬度分布曲线(激光功率为1600w)；

[0028] 图6为实例3的激光熔覆层硬度分布曲线(激光功率为1800w)；

[0029] 图7为实例3的激光熔覆层硬度分布曲线(激光功率为2000w)。

具体实施方式

[0030] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。

[0031] 本发明所用镍包碳化钨为北矿新材科技有限公司生产的型号为KF-56的镍包碳化钨复合粉末。

[0032] 实施例1

[0033] (1)选用45钢为激光熔覆基体，先用丙酮溶液清除基体表面的锈迹或油污，再用酒精擦拭干净；

[0034] (2)将质量百分比为20％的镍包碳化钨与80％的镍45粉末混合均匀；

[0035] (3)采用预置法，将混合粉末预置粘结于45钢基体表面，粉末厚度为1mm，置于烘箱中烘干(a.烘箱以60℃将粉末烘干1.5h、b.烘箱以120℃将粉末烘干1.5h)；

[0036] (4)使用光纤激光器进行激光熔覆，其中光斑直径4mm，扫描速度14mm/s。激光功率为1600w，采用氩气保护。

[0037] 图1和图2为实例1的激光熔覆层组织图，其中烘箱以60℃将粉末烘干1.5h的熔覆层组织图如图1所示，烘箱以120℃将粉末烘干1.5h的熔覆层组织图如图2所示。由实施例1可以看出，低温烘干粉末可有效减少熔覆层中气孔的生成，对提高熔覆层质量起到了很好的促进作用。

[0038] 实施例2

[0039] (1)选用45钢为激光熔覆基体，先用丙酮溶液清除基体表面的锈迹或油污，再用酒精擦拭干净；

[0040] (2)a.将质量百分比为20％的镍包碳化钨与余量的镍45粉末混合均匀，b.将质量百分比为20％的碳化钨与余量的镍45粉末混合均匀；

[0041] (3)采用预置法，将混合粉末预置粘结于45钢基体表面，粉末厚度为1mm，烘箱以60℃将粉末烘干1.5h；

[0042] (4)使用光纤激光器进行激光熔覆，其中光斑直径4mm，扫描速度12mm/s。激光功率为1800w，采用氩气保护。

[0043] 图3和图4为实例2的激光熔覆层组织图，质量分数为20％镍包碳化钨熔覆层的组织图如图3所示，质量分数为20％碳化钨熔覆层的组织图如图4所示。由实施例2可以看出，镍包覆层能有效减少碳化钨的氧化分解，并保持较好的几何形状。

[0044] 实施例3

[0045] (1)选用45钢为激光熔覆基体，先用丙酮溶液清除基体表面的锈迹或油污，再用酒精擦拭干净；

[0046] (2)将质量百分比为20％的镍包碳化钨与余量的镍45粉末混合均匀；

[0047] (3)采用预置法，将混合粉末预置粘结于45基体表面，粉末厚度为1mm，烘箱以60℃将粉末烘干1.5h；

[0048] (4)使用光纤激光器进行激光熔覆，其中光斑直径4mm，扫描速度16mm/s。激光功率为a.1600w、b.1800w、c.2000w，采用氩气保护。

[0049] 图5-7为激光熔覆层硬度分布曲线，激光功率为1600w的熔覆层显微硬度分布曲线图如图5所示；激光功率为1800w的熔覆层显微硬度分布曲线图如图6所示；激光功率为2000w的熔覆层显微硬度分布曲线图如图7所示。从实施例3中可以看出，三种熔覆层显微硬度均约为基体45钢硬度的2～3倍，基体性能得到了显著提高，但相对而言功率为2000w的熔覆层显微硬度较高且变化幅度较小，性能也更加平稳。

[0050] 尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方式做出各种改变、替换和变更。

标题	发布/更新时间	阅读量
激光熔覆送粉器-专利编号CN110777377A	2020-05-11	739
一种激光熔覆头-专利编号CN110230054A	2020-05-11	408
深孔激光熔覆头-专利编号CN106835118B	2020-05-12	74
激光熔覆喷嘴、激光熔覆装置及激光覆熔方法-专利编号CN107130240A	2020-05-11	590
激光熔覆方法-专利编号CN110760839A	2020-05-12	186
激光熔覆装置-专利编号CN106583920B	2020-05-13	765
激光熔覆装置-专利编号CN107227455A	2020-05-13	657
激光熔覆装置-专利编号CN107227456A	2020-05-13	841
激光熔覆装置-专利编号CN110117790A	2020-05-11	448
一种激光熔覆头-专利编号CN106283044A	2020-05-12	456

一种光纤激光熔覆镍基镍包碳化钨熔覆涂层的制备方法

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