CN101560659B - 一种采用激光熔覆制备纳米金刚石减摩涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种采用激光熔覆制备纳米金刚石减摩涂层的方法，在合金粉中添加5％～20％的纳米金刚石粉，将混合后的粉末置入酒精中通过超声震动混合，超声频率为28/40kHz，混合时间为10分钟，然后将酒精蒸发；将待熔覆工件先置入真空舱内，通过铺粉或者自动送粉将上步得到的混合粉末预置在待熔覆工件表面，用固体YAG脉冲激光直接进入或者通过转折及光纤导入的方式在真空舱内进行熔覆，激光熔覆功率为150W～400W，脉冲频率10～30Hz，脉宽3～8ms，真空舱内真空度不低于1×10-3Pa。本发明方法制备的纳米金刚石减摩涂层，涂层强度高、组织结构紧凑、与基体结合性能好。
Description
技术领域
本发明属于表面工程技术领域，涉及一种制备纳米金刚石减摩涂层的方法，具体涉及一种采用激光熔覆制备纳米金刚石减摩涂层的方法。
背景技术
纳米金刚石粉作为复合涂层的增强相，采用喷涂、真空熔烧等手段可以获得减摩涂层。现有的制备方法是：将纳米金刚石粉混合入金属基粉末中，通过粘结或直接铺覆在待熔覆的工件表面，再进行真空熔烧或者热喷涂得到金刚石减摩涂层。通过以上方法制备的减摩涂层强度低、与基体结合性能差，不能满足高温、高交变载荷条件下的长寿命使用。一方面涂层的松散结构导致微粒脱落，反而加速材料的磨损；另一方面涂层与基体的结合强度不足，在交变应力、磨损腐蚀及热震的作用下，涂层极易剥落，给使用带来很大的隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用激光熔覆制备纳米金刚石减摩涂层的方法，解决了现有减摩表面涂层技术存在的涂层强度低、组织松散易导致微粒脱落、与基体结合性能差导致涂层极易剥落等问题。
本发明所采用的技术方案是，一种采用激光熔覆制备纳米金刚石减摩涂层的方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1：在合金粉中添加5％～20％的纳米金刚石粉，将混合后的粉末置入酒精中通过超声震动混合，然后将酒精蒸发；
步骤2：将待熔覆工件先置入真空舱内，通过铺粉或者自动送粉将上步得到的混合粉末预置在待熔覆工件表面，用固体YAG脉冲激光直接进入或者通过转折及光纤导入的方式在真空舱内进行熔覆，激光熔覆功率为150W～400W，脉冲频率10～30Hz，脉宽3～8ms，真空舱内真空度不低于1×10-3pa。
本发明采用激光熔覆制备纳米金刚石减摩涂层的方法，其特点还在于，其中的将混合后的粉末置入酒精中通过超声震动混合，超声频率为28/40KHz，混合时间为10分钟。
本发明的有益效果是：
(1)采用超声振动混合纳米金刚石和金属粉末，可以有效破解纳米金刚石颗粒之间的分子结合键，得到均匀分布纳米金刚石的混合粉末，有利于激光熔覆层的成分均匀性，减低熔覆层的裂纹敏感性；
(2)激光熔覆过程在真空中进行，采用的真空度大于1×10-3pa，属于高真空度，可以有效避免因氧化造成的金刚石材料损失；
(3)涂层与基体结合强度大于242Mpa，远高于喷涂、真空熔烧等工艺手段制备的减摩涂层；
(4)熔覆层中含有大量纳米级及亚纳米级金刚石相，最高达17.16％，这些相的存在提高了涂层自润滑性及耐磨性；
(5)组织致密无孔洞、裂纹等缺陷，致密性远高于喷涂、真空熔烧等工艺手段制备的减摩涂层，真空熔烧及喷涂层的孔隙率≥3％。
附图说明
图1是采用本发明方法实施例1制备的纳米金刚石减摩涂层中的金刚石相图；
图2是采用本发明方法实施例1制备的纳米金刚石减摩涂层的相成分分析图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明采用激光熔覆制备纳米金刚石减摩涂层的方法，按照以下步骤进行实施：
步骤1：在Fe基、Ni基、Co基、Al基、锆基、钛基等合金粉中添加5％～20％的纳米金刚石粉，将混合后的粉末置入酒精中，采用数字化超声波发生器产生28/40KHz频率的超声进行超声震动混合10分钟；
步骤2：将待熔覆工件先置入真空舱内，通过铺粉或者自动送粉将上步得到的混合粉末预置在待熔覆工件表面，用固体YAG脉冲激光直接进入或者通过转折及光纤导入真空舱内进行熔覆，激光熔覆功率为150W～400W，脉冲频率10～30Hz，脉宽3～8ms，真空舱内真空度大于1×10-3pa。
实施例1
在铁基合金粉中添加20％的纳米金刚石粉，将混合后的粉末置入酒精中，采用数字化超声波发生器产生28/40KHz频率的超声进行超声震动混合10分钟；然后将酒精蒸发，并经过球磨混合。将待熔覆工件先置入真空舱内，通过重力式送粉器将上步得到的混合粉末预置在待熔覆工件表面，用固体YAG脉冲激光通过光纤导入真空舱内进行熔覆，激光熔覆功率为400W，脉冲频率10Hz，脉宽3ms，真空度大于1×10-3Pa。得到的熔覆层厚度达到1.5mm，与GCr15对磨，其质量损失为GCr15的62％。
实施例2
在Ni35合金粉中添加10％的纳米金刚石粉，将混合后的粉末置入酒精中，采用数字化超声波发生器产生28/40KHz频率的超声进行超声震动混合10分钟；然后将酒精蒸发。将待熔覆工件先置入真空舱内，通过预先铺粉将上步得到的混合粉末预置在待熔覆工件表面，将固体YAG脉冲激光通过光纤导入真空舱内进行熔覆，激光熔覆功率为300W，脉冲频率30Hz，脉宽8ms，真空度大于1×10-3pa。得到的熔覆层厚度约为1mm，与GCr15对磨，其质量损失为GCr15的56.3％。
实施例3
在GH30合金粉中添加5％的纳米金刚石粉，将混合后的粉末置入酒精中，采用数字化超声波发生器产生28/40KHz频率的超声进行超声震动混合10分钟；然后将酒精蒸发。将待熔覆工件先置入真空舱内，通过预先铺粉将上步得到的混合粉末预置在待熔覆工件表面，将固体YAG脉冲激光通过光纤导入真空舱内进行熔覆，激光熔覆功率为150W，脉冲频率20Hz，脉宽5ms，真空度大于1×10-3pa。得到的熔覆层厚度约为0.5mm，与GH30基体对磨，其质量损失为基体的62％。
图1是实施例1制备的纳米金刚石减摩涂层中的金刚石相图，放大倍数为2×104倍，从图1可以看出，一个纳米金刚石颗粒的直径约为120nm，图2是实施例1制备的纳米金刚石减摩涂层的相成分分析图，从图2可以看出该图层中含有碳元素，且该元素是以金刚石形态存在。如表1所示实施例1制备的纳米金刚石减摩涂层的相的成分含量分析，其中金刚石含量达到17.16％。
表1相的成分含量分析表
| No. | 化学式 | 矿物名称 | Quant(％) |
| 1 | C | Diamond | 17.16 |
| 2 | Fe | 铁 | 5.97 |
| 3 | (Fe，C) | 33.64 | |
| 4 | Cr7C3 | 43.22 |
本发明方法制备的纳米金刚石减摩涂层，涂层强度高、组织结构紧凑、与基体结合性能好。
Claims (2)
1.一种采用激光熔覆制备纳米金刚石减摩涂层的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1：在合金粉中添加5％～20％的纳米金刚石粉，将混合后的粉末置入酒精中通过超声震动混合，然后将酒精蒸发；
步骤2：将待熔覆工件先置入真空舱内，通过铺粉或者自动送粉将上步得到的混合粉末预置在待熔覆工件表面，用固体YAG脉冲激光直接进入在真空舱内进行熔覆，激光熔覆功率为150W～400W，脉冲频率10～30Hz，脉宽3～8ms，真空舱内真空度不低于1×10-3Pa。
2.根据权利要求1所述的采用激光熔覆制备纳米金刚石减摩涂层的方法，其特征在于，所述的将混合后的粉末置入酒精中通过超声震动混合，超声频率为28-40KHz，混合时间为10分钟。
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