一种激光熔覆涂层及其制备方法

技术领域

本发明涉及合金冶炼技术领域，更具体地说，涉及一种激光熔覆涂层及其制备方法。

背景技术

随着工业的发展，工业机器的载体钢铁的磨损环境愈发复杂和苛刻，对金属材料性能提出了越来越高的要求，金属磨损严重影响着生产的安全可靠性和效率，直接更换零部件固然方便，但是更换大型特种设备零件面临着周期长、成本高等问题，对于磨损的机械零部件进行修复，可以减少成本，缩短检修工期。目前修复的技术众多，如堆焊、冷喷涂、热喷涂等，然而上述技术的工艺较为复杂，且耐磨性、硬度的性能未能得到有效提高。

故，现有技术具有较大的改进空间。

发明内容

本发明的目的是为了弥补现有技术的不足，提出一种激光熔覆涂层及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种激光熔覆涂层，按重量份计，其制备原料包括以下组分：Fe 85-89份、Cr 7-13份、Si 0.15-0.5份、Ni 0.45-1.45份、C 0-2份、Mo 0-0.3份、Co 0-1份、Mn 0-0.65份；

所述激光熔覆涂层的制备方法，包括以下步骤：

（1）按上述重量份称取制备原料，将所述制备原料放入辊筒混粉器充分混合，得到混合粉末；

（2）将步骤（1）中得到的混合粉末放入干燥机中干燥；

（3）激光熔覆混合粉末：采用激光熔覆机，以激光为热源，控制扫描速度、激光功率和送粉速率，将步骤（2）中的混合粉末激光熔覆在基板上，得到激光熔覆涂层。

本发明在涂层制备原料中添加一定量的C、Ni、Co、Mo、Mn等元素，能够使其具有较高的硬度和优良的耐磨性能。Cr能够提高合金的耐腐蚀性，尤其是在超过12%时，能够形成致密的氧化膜；Si能够细化晶粒，增加合金的硬度；Ni、Mo和Co可以显著缓解金属内应力，促进FCC的产生，C元素促进碳化物的产生，而Mn溶入基体和碳化物中既强化基体，又增加碳化物 (FeMn)3C的弥散度和稳定性。采用激光熔覆技术，利用高能激光束将混合粉末和基体快速熔化并凝固形成涂层，其具有以下优点：选用涂层材料广泛；熔池小，热影响区小，稀释率低，与基体为冶金结合；瞬间冶金、快速凝固、解决大构件元素偏析问题，显微组织细小、成分均匀，其工艺简单且能与混合粉末配合形成硬度及耐磨性高的涂层。

根据以上方案，所述步骤（1）中的混合时间为4h。

根据以上方案，所述步骤（2）中混合粉末的干燥环境为真空，干燥温度为120℃，干燥时间为4h。

根据以上方案，所述步骤（3）中选用1Cr11Ni2W2MoV耐热钢作为基板；所述基板按重量份计，制备原料包括以下组分：Fe 82.64-85.37份、Cr 10.5-12份、Ni 1.4-1.8份、W1.5-2份、Mo 0.35-0.5份、V 0.18-0.3份、Si 0.6份、C 0.1-0.16份。

根据以上方案，在所述步骤（3）前将基板的表面打磨至光亮，并加热至500℃。

根据以上方案，所述步骤（3）中控制激光功率为1600W-2000W，扫描速度为300mm/min-500mm/min，所述送粉速率为13g/min。

根据以上方案，采取激光功率间隔100W、扫描速度间隔50mm/min的方式设计参数，选取稀释率低于10%的工艺参数为最优参数。

根据以上方案，所述稀释率为基材熔深除以基材熔深与熔覆层高度的和。

根据以上方案，所述步骤（3）中以氦气作为保护气，以氩气作为输送粉末气体。

根据以上方案，还包括步骤（4）将激光熔覆涂层放到温度为500℃的热处理炉中，随炉冷却。通过上述设置，可使涂层的组织均匀化，有利于提高耐磨性。

本发明的有益效果在于：

本发明在涂层制备原料中添加一定量的C、Ni、Co、Mo、Mn等元素，能够使其具有较高的硬度和优良的耐磨性能；采用激光熔覆技术，利用高能激光束将混合粉末和基体快速熔化并凝固形成涂层，其工艺简单且能与混合粉末配合形成硬度及耐磨性高的涂层，适合在磨损严重的环境中工作，有效拓展了激光熔覆涂层的应用。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。

本发明提供一种激光熔覆涂层，按重量份计，其制备原料包括下表1的原料组分；

所述激光熔覆涂层的制备方法，包括以下步骤：

（1）按上述重量份称取制备原料，将所述制备原料放入辊筒混粉器充分混合，得到混合粉末；混合时间为4h；

（2）将步骤（1）中得到的混合粉末放入干燥机中干燥；混合粉末的干燥环境为真空，干燥温度为120℃，干燥时间为4h；

（3）激光熔覆混合粉末：采用激光熔覆机，以激光为热源，控制扫描速度、激光功率和送粉速率，将步骤（2）中的混合粉末激光熔覆在基板上，得到激光熔覆涂层；其中，选用1Cr11Ni2W2MoV耐热钢作为基板，所述基板按重量份计，制备原料包括以下组分：Fe 82.64-85.37份、Cr 10.5-12份、Ni 1.4-1.8份、W 1.5-2份、Mo 0.35-0.5份、V 0.18-0.3份、Si 0.6份、C 0.1-0.16份；

（4）将激光熔覆涂层放到温度为500℃的热处理炉中，随炉冷却。

进一步地说，在所述步骤（3）前将基板的表面打磨至光亮，并加热至500℃。

进一步地说，所述步骤（3）中控制激光功率为1600W-2000W，扫描速度为300mm/min-500mm/min，所述送粉速率为13g/min。

进一步地说，采取激光功率间隔100W、扫描速度间隔50mm/min的方式设计参数，选取稀释率低于10%的工艺参数为最优参数；所述稀释率为基材熔深除以基材熔深与熔覆层高度的和。根据对比最终确定，本实施例采用激光功率1800W、扫描速度400mm/min为最优参数。

进一步地说，所述步骤（3）中以氦气作为保护气，以氩气作为输送粉末气体。

表1

将实施例1-6所得涂层与未有激光熔覆本发明所述涂层的基板（所选用的基板与实施例1-6均相同）进行性能测试，测试结果如下表2：

表2

硬度的测试方法为：采用维氏硬度测试法，测量合金平均硬度应力载荷500g，保压时间10s；耐磨性能测试是在50N、400r/min的条件下进行干滑动摩擦实验，时间为30min，测定磨损量。

从上表2可见，本发明通过激光熔覆所得的涂层材料具有高硬度和优良的耐磨损性能。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。