一种激光熔覆层的铁基复合粉末及厚非晶熔覆层制备方法专利检索-激光熔覆熔覆技术金工专利检索查询-专利查询网

积极推动地理标志专门立法

2022-03-10 地理标志，立法，知识产权
保护知识产权是对创新最大的激励

2022-03-10 保护知识产权，创新，激励
谢商华：加快制定知识产权基本法

2022-03-10 知识产权基本法
擦亮“双奥之城”品牌

2022-03-10 双奥，知识产权
让冰雪运动“热”力全开

2022-03-10 冰雪运动，知识产权
携手共奋进　走好强国路

2022-03-10 强国，知识产权
坚持创新引领　方能稳中求进

2022-03-10 创新，稳中求进，知识产权
答好“两张卷” 奋进新征程

2022-03-10 知识产权
专家解读政府工作报告中的创新和知识产权相关部署

2022-03-10 政府工作报告，创新，知识产权
今年政府工作报告指出：加强知识产权保护和运用

2022-03-10 政府工作报告，知识产权保护

一种激光熔覆层的铁基复合粉末及厚非晶熔覆层制备方法

阅读：217发布：2021-02-15

IPRDB可以提供一种激光熔覆层的铁基复合粉末及厚非晶熔覆层制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种激光熔覆层的铁基复合粉末及厚非晶熔覆层制备方法。本发明的铁基复合粉末，其重量百分比组成如下：钴17％～19％，镍16％～18％、硼3％～5％、硅2％～4％、铌6％～8％，余量为铁。本发明的铁基复合粉末成分比例具有较强的非晶形成能力；并含有较高的硼、硅元素，具有造渣与优先氧化保护金属的功能。将本发明的铁基复合粉末用于制备激光熔覆涂层，一次成型减少工艺复杂性，熔覆层的非晶体积含量达到36.7％，形成的熔覆层厚度高，单层熔覆层的厚度超过1.5mm，减少搭接次数，熔覆层硬度平均值达到950HV0.1以上，分布均匀没有较大波动，可极大的提高熔覆层的耐磨性能。，下面是一种激光熔覆层的铁基复合粉末及厚非晶熔覆层制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种激光熔覆层的铁基复合粉末，其特征在于，其重量百分比组成如下：钴17％～

19％，镍16％～18％、硼3％～5％、硅2％～4％、铌6％～8％，余量为铁。

2.根据权利要求1所述的铁基复合粉末，其特征在于，其重量百分比组成如下：钴17％，镍17％、硼4％、硅2％、铌7％，余量为铁。

3.根据权利要求1或2所述的铁基复合粉末，其特征在于，所述复合粉末由含Co99.95wt％的钴铁粉末、含Ni99.95wt％的镍铁粉末、含B19.4wt％的硼铁粉末、含Si75wt％的硅铁粉末、含Nb70wt％的铌铁粉末以及99.5wt％的纯铁混合而成。

4.根据权利要求3所述的铁基复合粉末，其特征在于，所述铁基复合粉末的颗粒度为

100～250目，在150目时，用于激光熔覆的效果最好。

5.权利要求1-4任一所述的铁基复合粉末在制备激光熔覆层中的应用。

6.根据权利要求1-4任一所述的铁基复合粉末在提高材料表面硬度、耐腐蚀或耐磨性能中的应用。

7.一种厚非晶熔覆层的制备方法，其特征在于，以权利要求1-4任一所述的铁基复合粉末为熔覆材料，激光头对准待熔覆涂层的工件表面，激光熔覆时，将粉末通过惰性气体送到待熔覆工件表面，铁基复合粉末输送与激光入射方向一致，在惰性气体保护气氛中利用激光器发射激光熔覆制成厚非晶熔覆层。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，激光熔覆的条件为：激光器功率密度为9～42J/mm2，激光的光斑为1.5mm×14mm的矩形，激光功率为2-3kW，激光扫描速度为300～900mm/min。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，惰性气体送粉速度为15～25g/min，送粉惰性气体气流速为4-6L/min；所述惰性气体保护气氛为流量12-18L/min。

10.权利要求1-4任一所述的铁基复合粉末或权利要求7-9任一所述的制备方法在单次熔覆制得厚度在0.4mm～1.8mm熔覆层中的应用。

说明书全文

一种激光熔覆层的铁基复合粉末及厚非晶熔覆层制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及材料技术领域，具体地，涉及一种激光熔覆层的铁基复合粉末及厚非晶熔覆层制备方法。

背景技术

[0002] 通过表面工程技术在传统材料表面获得一层非晶涂层可以提高其表面硬度、耐蚀及耐磨性能，在材料表面改性领域具有十分巨大的潜在应用价值，目前受到国内外学者的广泛重视，是当前表面工程技术领域研究的热点之一。

[0003] 激光熔覆作为一种新型表面改性技术，把表面熔覆层技术以及非晶制备技术的优势结合起来，可以采用较低的成本使材料表层满足对高耐磨性和高耐蚀性能的要求，同时能充分发挥基体材料的强韧性优势，从而大幅度提高了工程材料整体的综合性能以及使用寿命。在油气钻探、矿山开采、重型冶金等重工业领域，表面熔覆技术成为修复部件、提高零件使用寿命的重要途径。

[0004] 但目前激光熔覆技术仍存在一些不足。首先所用的材料大部分是喷涂用合金材料，由于激光作用会导致Si、B等易氧化单质元素的烧损，并且金属元素被氧化生成氧化物又会降低熔覆层非晶体积含量以及性能，因此大多数研究者均采用熔炼合金并雾化的手段制备熔覆层金属粉末，即增加工艺流程又增加制备成本；除此之外，大多数研究者因采用的激光器激光光斑小，单次激光熔覆的厚度为0.2～0.5mm、除涂层材料的选择与制备上存在不足之外，在确保熔覆层性能上优化制备流程也值得研究。因此，制备成本更加低廉并根据所需要的性能设计工艺条件，这已成为目前需要研究的课题之一。

发明内容

[0005] 为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种工艺流程简单，不含有贵金属元素、成本低廉的激光熔覆层铁基复合粉末，以及利用激光加工的方法获得有较高非晶体积含量，厚度较大的铁基非晶熔覆层。

[0006] 本发明提供的一种激光熔覆层的铁基复合粉末，其重量百分比组成如下：钴17％～19％，镍16％～18％、硼3％～5％、硅2％～4％、铌6％～8％，其余为铁。

[0007] 优选地，所述激光熔覆层的铁基复合粉末，其重量百分比组成如下：钴17％，镍17％、硼4％、硅2％、铌7％，余量为铁。

[0008] 在本申请的一个较佳实施例中，所述铁基复合粉末由99.95％钴、99.95％镍、含19.4％硼的硼铁、含75％硅的硅铁、含70％铌的铌铁以及99.5％铁混合而成，所述％为重量百分比。因为硼、硅单质已氧化，熔点较低，直接激光熔覆容易氧化，而纯铌的熔点很高，激光熔覆难以熔化，因此采用硼铁、硅铁、铌铁而不是单质硼、硅、铌，可以有效避免熔覆过程中单质元素的烧损，并且降低成本。

[0009] 本发明提供的铁基复合粉末的颗粒度为100～250目，当粉末粒度为150目时，激光熔覆效果最好。

[0010] 本发明的铁基复合粉末通过以下方法制备得到：将上述合金成分按照上述重量百分比进行配料，将配好的原材料用混粉机进行6小时混粉从而使粉末均匀混合。采用真空干燥箱进行100℃烘干3小时去除粉末中水分。

[0011] 本发明提供了上述铁基复合粉末在制备激光熔覆层中的应用。

[0012] 本发明提供了上述铁基复合粉末在提高材料表面硬度、耐腐蚀或耐磨性能中的应用。

[0013] 本发明提供一种厚非晶熔覆层的制备方法，以所述的铁基复合粉末为熔覆材料，激光头对准待熔覆涂层的工件(45钢或q235钢)表面，激光熔覆时，将粉末通过惰性气体送到待熔覆工件表面，铁基复合粉末输送与激光入射方向一致，在惰性气体保护气氛中利用激光器发射激光熔覆制成厚非晶熔覆层。

[0014] 在进行激光熔覆前还包括对待熔覆涂层的工件表面进行打磨去油污，除锈处理，确保工件平整、光滑、干净。

[0015] 上述制备方法中，激光熔覆的条件为：激光器功率密度为9～42J/mm2，激光的光斑为1.5mm×14mm的矩形，激光功率为2-3kW，激光9扫描速度为300～900mm/min。优选地，当激光功率密度为42J/mm2，激光功率为3kW，扫描速度为300mm/min时，激光涂覆层的非晶含量最高。

[0016] 上述制备方法中，惰性气体送粉速度为15～25g/min，送粉惰性气体气流速为4-6L/min，优选5L/min；所述惰性气体保护气氛为流量12-18L/min，优选15L/min。所述惰性气体为氩气。

[0017] 本发明进一步提供了所述铁基复合粉末或上述制备方法在单次熔覆制得厚度在0.4mm～1.8mm熔覆层中的应用。

[0018] 本发明的有益效果在于：(1)本发明提供的铁基复合粉末不含贵金属元素，成本低，制备时间短，无需熔炼雾化减少工艺流程。(2)采用硼铁、硅铁、铌铁而不是单质硼、硅、铌，可以有效避免熔覆过程中单质元素的烧损，并且降低成本。(3)制备激光熔覆涂层的工艺简单，单次熔覆可以制备出厚度超过1.5mm熔覆层，减少了搭接次数。(4)所得熔覆层中有较高的非晶体积含量和显微硬度，非晶体积含量达到36.7％，熔覆层硬度平均值达到950HV0.1以上，分布均匀没有较大波动，可极大的提高熔覆层的耐磨性能。

附图说明

[0019] 图1为本发明不同参数下激光熔覆层的宏观形貌图，图中(1)-(9)分别指代试验号1-9参数下的激光熔覆层宏观形貌。

[0020] 图2为本发明激光熔覆层界面处显微组织扫描电镜图像。

[0021] 图3为本发明的激光熔覆层X射线衍射图谱。

[0022] 图4为本发明显微硬度测试结果图。

[0023] 图5-图6为本发明超出给定参数范围外的激光熔覆层宏观形貌图。

具体实施方式

[0024] 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0025] 若未特别说明，本申请文件中的“％”为质量百分比。若未特别说明，本发明中所使用的其他物料、原料均为可以从市场上购买得到的常规原料。所使用的设备也为本领域的常规设备。本发明中未提及的操作均为本领域的常规操作。

[0026] 实施例1激光熔覆制备涂层的制备方法

[0027] 步骤1：将由含Co99.95wt％的钴铁粉末、含Ni99.95wt％的镍铁粉末、含B19.4wt％的硼铁粉末、含Si75wt％的硅铁粉末、含Nb70wt％的铌铁粉末以及99.5wt％铁按照重量百分比(钴18％，镍17％、硼4％、硅3％、铌7％，余量为铁)混合均匀的复合粉末，放进干燥箱里加热至100℃并保温3h，进行烘干处理；对待涂覆的工件表面进行去油污，除锈处理；

[0028] 步骤2：操控机器人将激光头对准工件表面，采用同步侧向送粉，即送粉方向与激光入射方向一致，将步骤1的复合粉末通过氩气送到待熔覆工件表面，氩气流速为5L/min；

[0029] 步骤3：在激光熔覆时将铁基复合粉末经侧向送粉的方式送粉，在氩气保护气氛中熔覆制成铁基熔覆层。激光功率密度为9J/mm2～42J/mm2，送粉速度分别为15g/min、20g/min、25g/min，激光扫描速度分别为300mm/min、600mm/min、900mm/min，保护气为15L/min的氩气。

[0030] 将激光器的激光功率P、扫描速度V、送粉速度M设为优化目标，选用一个三因素三因子的正交表L9(33)，将其第四列设为空白列，形成下面正交实验表，各工艺参数如表1所示。

[0031] 表1正交实验参数

[0032]

[0033] 按照以上工艺参数进行单道熔覆成形实验，熔覆完成将试样切割成尺寸为10mm×10mm×9mm的金相观察试样，然后对该试样横截面进行磨光，抛光及硝酸酒精腐蚀处理，进行显微结构分析与硬度测试。熔覆层表面磨光，抛光后进行X射线衍射分析。

[0034] 图1为不同正交参数下的激光熔覆层宏观形貌图。由图可知，同样激光功率条件下，熔覆层表面质量随扫描速度的提高而降低。同时，增加激光功率有利于形成更均匀、表面质量更优的熔覆层。

[0035] 表2为不同正交参数下激光熔覆层的厚度与宽度比较表。可知，同样激光功率条件下，熔覆层厚度随扫描速度的提高而降低。同时，增加激光功率与送粉速度，有利于形成厚度与宽度更高的熔覆层。表2中熔覆参数P/V/M分别指激光功率密度J/mm2，激光扫描速度mm/s，送粉速度g/min，分别对应表1的试验号参数。

[0036] 表2本发明不同参数下激光熔覆层的厚度与宽度对比

[0037]

[0038]

[0039] 图2为表面质量最佳且厚度最大的激光熔覆层的界面处显微组织扫描电镜照片，熔覆层与基体(工件)在结合界面呈现出非常好的冶金结合，无裂纹孔洞等缺陷。由于激光熔覆本身就具有较快的冷却速度和良好的基体导热能力，故界面的温度梯度(G)很高，同时凝固的瞬间结晶速度(v)非常小，即G/v很高，界面呈现平面状结晶。即在基体(工件)表面上熔覆层发生了外延生长，形成了很薄的一层平面晶。

[0040] 随着固液界面的推移，液相温度梯度逐渐减小，出现成分过冷，使界面上凸起的胞状晶向液相内生长一定距离，并逐渐形成柱状晶，柱状晶向周围排出溶质，因此横向也出现成分过冷，从而形成树枝晶。但树枝晶在生长过程中受到熔池搅动以及强的热对流作用，生长到一定程度后会收到较大冲刷而被冲断。随着离界面距离增大，树枝晶逐渐消失，组织上出现了没有明显晶界的区域，其基体为非晶相的主要特征。

[0041] 图3为激光功率3kW扫描速度5mm/s时所制备激光熔覆层的X射线衍射图谱，衍射角为44°左右处出现了明显的非晶漫散射峰的趋势，另外，在漫散射峰上叠加了较弱的Fe2B晶相峰以及γ(Fe,Ni)、Co3Fe7、γ-Fe、FeCo相。表明在熔覆层内，产生了部分晶体相。对熔覆层X射线衍射图谱进行进行Pseudo-Voigt函数与Verdon拟合方法分析和计算可得该熔覆层的非晶体积含量为36.7％。证明在激光熔覆层中确实获得了高非晶体积含量的非晶复合组织。表1中其他试验号的得到的激光熔覆层的X射线衍射图谱与图3类似。

[0042] 如图4为激光功率3kW扫描速度5mm/s时所制备激光熔覆层界面从界面处到熔覆层表面的显微硬度HV0.1。通过显微硬度计可测得，发现熔覆层显微硬度显著高于基体硬度，其硬度值平均值在950HV0.1以上，分布均匀没有较大波动，可以极大的提高熔覆层的耐磨性能，满足性能要求。

[0043] 非晶的形成条件之一是需要较大的冷却速度，当扫描速度加大或激光功率降低，均可以减小激光熔覆中热输入从而增加冷却速度，但由于扫描速度过大或激光功率降低又会影响熔覆层形成，故采用正交试验法获得合理的实验参数，才可以获得最大非晶含量并且具备大厚度的激光熔覆层。激光熔覆过程中，激光功率、扫描速度以及送粉量对熔覆层形貌均有显著影响。若激光功率过低，即使扫描速度慢也不能形成熔覆层。如图5，激光功率采用1.5kW，即使扫描速度最慢为300mm/min，仍然未形成熔覆层。同理，若扫描速度过大，激光功率在激光器额定功率内同样难以形成熔覆层，如图6，扫描速度为1200mm/min，即使激光功率达到激光器最大功率3kW，仍然难以形成熔覆层。送粉量太高，激光熔覆过程后仍会有残余粉末，造成粉末浪费，取15-25g/min送粉量可以在本发明设计方案中，最小化减少粉末浪费。使所有粉末均受到激光作用熔融形成熔覆层。

[0044] 本发明采用大激光光斑激光器进行激光熔覆制备非晶实验，突破了传统制备非晶方法。利用增材制造的方法进行制备。不同于其他实验成果，本发明采用大尺寸激光光斑所制备出的熔覆层，具有厚度大的特点，突破了传统实验室采用激光熔覆制备非晶的尺寸。

[0045] 虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

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	746
深孔激光熔覆头-专利编号CN106835118B	2020-05-12	77
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	591
一种激光熔覆头-专利编号CN110230054A	2020-05-11	409
激光熔覆方法-专利编号CN110760839A	2020-05-12	189
激光熔覆装置-专利编号CN106583920B	2020-05-13	766
激光熔覆装置-专利编号CN107227455A	2020-05-13	659
激光熔覆装置-专利编号CN110117790A	2020-05-11	451
激光熔覆装置-专利编号CN107227456A	2020-05-13	843
一种激光熔覆头-专利编号CN106283044A	2020-05-12	458

一种激光熔覆层的铁基复合粉末及厚非晶熔覆层制备方法

一种激光熔覆层的铁基复合粉末及厚非晶熔覆层制备方法

技术领域

背景技术

发明内容

附图说明

具体实施方式

IPRDB

热门服务

关于我们

友情链接

联系方式