CN102383125A

CN102383125A - 一种激光熔覆MoB/CoCr金属陶瓷涂层及其制备方法

Info

Publication number: CN102383125A
Application number: CN2011103454854A
Authority: CN
Inventors: 陈枭; 李丹; 白小波; 林厚勤
Original assignee: Jiujiang University
Current assignee: Jiujiang University
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2012-03-21

Abstract

本发明提供了一种激光熔覆MoB/CoCr金属陶瓷涂层制备方法，以MoB/CoCr金属陶瓷作为涂层材料，其中按重量百分比计算其成分为：Co22.5%，Cr19.7%，B9.5%，1.6%W，余量为Mo。本发明优点在于制备的激光熔覆MoB/CoCr金属陶瓷涂层，涂层内部致密，无孔隙和裂纹等缺陷，涂层厚度可达几百微米。在激光熔覆过程中采用氩气保护，涂层材料无烧损，从而保持其原有的高硬度、高耐磨性和耐蚀性。

Description

一种激光熔覆MoB/CoCr金属陶瓷涂层及其制备方法

技术领域

本发明属于金属陶瓷复合涂层技术领域，特别是提供了一种激光熔覆MoB/CoCr金属陶瓷涂层及其制备方法。

背景技术

在金属表面制备金属陶瓷涂层的工艺方法主要有热喷涂法、喷焊、自蔓延烧结合成、气相沉积（包括物理气相沉积PVD和化学沉积CVD）等。气相沉积存在的主要问题是设备昂贵，沉积速度慢，一般只能得到几至几十微米厚度的涂层，且制备的金属陶瓷涂层在热循环中会产生裂纹。自蔓延烧结合成存在若不施压涂层致密性差的问题。喷焊法难于制备硬质颗粒体积分数高的金属陶瓷涂层，难于发挥以提高硬质相比例来强化金属陶瓷涂层耐磨性。热喷涂方法包括火焰喷涂、超音速火焰喷涂及等离子喷涂等。但当喷涂材料为纳米结构材料时，火焰及等离子焰流的高温特性，使得纳米材料极易氧化、分解及晶粒长大等一系列不利的反应，同时由于热应力的原因使得涂层中存在层间裂纹，从而降低整个涂层的耐磨和耐蚀性能。等离子喷涂的特点是涂覆速度快，效率高，可以达到几百微米至毫米级的厚度，但存在涂层孔隙率大，涂层中陶瓷颗粒之间，涂层与基体之间结合不强等问题，涂层的耐磨性、耐蚀性和耐冲击性都受到很大限制。如采用热喷涂技术制备WC-12%Co、WC-10%Co-4%Cr、Co-30%Cr-4%W-1.2%C等不易与熔融铝硅合金反应的喷涂涂层，虽然能够部分延长部件的使用寿命，但是由于在铝硅合金不断的热冲击作用下，这些涂层表面都会产生裂缝，甚至涂层与基体之间脱离，从而使得熔融态铝硅渗入到基体中，并发生反应。

发明内容

本发明其目的就在于克服以上缺陷而提供一种激光熔覆MoB/CoCr金属陶瓷涂层及其制备方法，涂层厚度要有较大提高，可达到耐磨、耐蚀目的；涂层质量要有很大提高，涂层中不能有孔隙率和裂纹等缺陷，涂层结构致密，结合强度得到很大提高。

本发明为了实现上述目的而采取的技术方案包括，一种激光熔覆MoB/CoCr金属陶瓷涂层由涂层材料MoB/CoCr成分按重量百分比计算其成分为：Co22.5%，Cr19.7%，B9.5%，1.6%W，余量为Mo，其制备方法的具体步骤如下：

以45号钢为基体，涂层材料为MoB/CoCr金属陶瓷。采用沈阳大陆激光成套设备有限公司生产的5kW，CO₂激光器进行熔覆表面处理，由此获得致密，无孔隙和裂纹的快速凝固组织。

涂层材料MoB/CoCr成分按重量百分比计算其成分为：Co22.5%，Cr19.7%，B9.5%，1.6%W，余量为Mo。

涂层工艺为：功率为1.7~1.8kW，激光扫描速度200~500mm/s，搭接率30%~40%，，光斑直径5mm。

以45号钢为基体进行激光熔覆处理，组织结构分析发现，激光熔覆层组织致密、无孔隙和裂纹。性能测试表明，激光熔覆层的显微硬度达到1686~2020MPa。

本发明为了实现上述目的而采取的技术方案包括，一种激光熔覆MoB/CoCr金属陶瓷涂层，金属陶瓷涂层材料为MoB/CoCr金属陶瓷，按重量百分比计算其成分为：Co22.5%，Cr19.7%，B9.5%，1.6%W，余量为Mo。

其制备方法按以下步骤进行：

1）45号钢表面活化处理

对45号钢表面进行喷砂处理或使用60#砂纸对45号钢进行粗化处理，去除表面锈迹，以增强45号钢表面与熔覆层的结合强度，然后用丙酮清洗去除油污，最后在低温（<100℃)下烘干。

2）准备涂层材料，预置涂层

首先将粒度为15~45μm、化学成分（按质量百分比）为Co22.5%，Cr19.7%，B9.5%，1.6%W，余量为Mo的MoB/CoCr金属陶瓷粉末在干燥箱中150℃左右进行烘干后，将MoB/CoCr金属陶瓷粉末与粘结剂搅拌均匀混合成比例为3:1（质量比）的糊状或膏状混合物，均匀涂覆在表面活化处理后的45号钢表面上，进行压实和表面物理平整，预涂覆粉末厚度为1mm，然后置入干燥箱中80℃以下烘干或自然风干。

3）激光熔覆制备MoB/CoCr金属陶瓷涂层

将预置好MoB/CoCr金属陶瓷的45号钢放置到激光器的机床上，进行激光熔覆处理，激光熔覆工艺参数为：功率为1.7~1.8kw，激光扫描速度200~500mm/s，搭接率30%~40%，光斑直径5mm，组织结构分析发现，激光宏观形貌熔覆层平整、致密、无缺陷；熔覆层组织内部致密、无气孔和裂纹等缺陷，激光熔覆层的显微硬度为1686~2020MPa，熔覆层厚度为345~450μm。

所述的激光熔覆处理过程中采用氩气作为保护气体。

与现有技术相比，本发明的优点在于，由于是在激光熔覆过程中采用氩气保护，涂层材料无烧损，从而保持其原有的高硬度、高耐磨性和高耐蚀性；涂层内部致密、无孔隙和裂纹等缺陷，涂层质量优于已有的各种金属陶瓷涂覆工艺所能获得的质量。

具体实施方式

实施例1：

本实施例是在Φ60×35mm的45号钢表面采用5kW，CO2激光器进行激光熔覆金属陶瓷涂层，其制备按以下步骤进行：

1.45号钢表面活化处理

2.准备涂层材料，预置涂层

首先将粒度为15~45μm、化学成分（按质量百分比）为Co22.5%，Cr19.7%，B9.5%，1.6%W，余量为Mo的MoB/CoCr金属陶瓷粉末在干燥箱中150℃左右进行烘干后，将MoB/CoCr金属陶瓷粉末与粘结剂搅拌均匀混合成比例为3:1（质量比）的糊状或膏状混合物，均匀涂覆在表面活化处理后的45号钢表面上，进行压实和表面物理平整，预涂覆粉末厚度为1mm左右，然后置入干燥箱中80℃以下烘干或自然风干。

3.激光熔覆制备MoB/CoCr金属陶瓷涂层

将预置好MoB/CoCr金属陶瓷的45号钢放置到激光器的机床上，进行激光熔覆处理，激光熔覆工艺参数为：功率为1.8kW，激光扫描速度200mm/s，搭接率30%，光斑直径5mm。组织结构分析发现，激光宏观形貌熔覆层平整、致密、无缺陷；熔覆层组织内部致密、无气孔和裂纹等缺陷。激光熔覆层的显微硬度为1706，熔覆层厚度为450μm。

实施例2：

1.45号钢表面活化处理

对45号钢表面使用60#砂纸对45号钢进行粗化处理，去除表面氧化物和锈迹，然后用丙酮清洗去除油污，自然风干。

2.准备涂层材料，预置涂层

首先将粒度为15~45μm、化学成分（按质量百分比）为Co22.5%，Cr19.7%，B9.5%，1.6%W，余量为Mo的MoB/CoCr金属陶瓷粉末在干燥箱中150℃左右进行烘干后，将MoB/CoCr金属陶瓷粉末与粘结剂搅拌均匀混合成比例为3:1（质量比）的糊状或膏状混合物，均匀涂覆在表面活化处理后的45号钢表面上，进行压实和表面物理平整，预涂覆粉末厚度为1mm左右，然后自然风干。

3.激光熔覆制备MoB/CoCr金属陶瓷涂层

将预置好MoB/CoCr金属陶瓷的45号钢放置到激光器的机床上，进行激光熔覆处理，激光熔覆工艺参数为：功率为1.7kW，激光扫描速度400mm/s，搭接率30%，光斑直径3mm。组织结构分析发现，激光宏观形貌熔覆层平整、致密；熔覆层组织内部致密、无气孔和裂纹等缺陷。激光熔覆层的显微硬度为1686，熔覆层厚度为345μm。

实施例3：

1.45号钢表面活化处理

2.准备涂层材料，预置涂层

3.激光熔覆制备MoB/CoCr金属陶瓷涂层

将预置好MoB/CoCr金属陶瓷的45号钢放置到激光器的机床上，进行激光熔覆处理，激光熔覆工艺参数为：功率为1.8kW，激光扫描速度600mm/s，搭接率40%，光斑直径3mm。组织结构分析发现，激光宏观形貌熔覆层平整、致密；熔覆层组织内部致密、无气孔和裂纹等缺陷。激光熔覆层的显微硬度为2020，熔覆层厚度为411μm。

Claims

1.一种激光熔覆MoB/CoCr金属陶瓷涂层，其特征在于：金属陶瓷涂层材料为MoB/CoCr金属陶瓷，按重量百分比计算其成分为：Co22.5%，Cr19.7%，B9.5%，1.6%W，余量为Mo。

2.一种激光熔覆MoB/CoCr金属陶瓷制备方法，其特征在于：45钢作为基体材料，通过表面预处理之后，将MoB/CoCr与粘结剂搅拌均匀混合的膏状物均匀涂覆在基体表面，进行压实和表面物理平整，预涂覆粉末厚度为1mm，置入干燥箱中80℃以下烘干或自然风干，采用5kW，CO₂激光器进行激光熔覆；激光熔覆工艺参数为：功率为1.7~1.8kw，激光扫描速度200~500mm/s，搭接率30%~40%，光斑直径5mm。

3.根据权力要求2所述的一种激光熔覆制备MoB/CoCr金属陶瓷涂层制备方法，其特征在于：激光熔覆处理过程中采用氩气作为保护气体。

4.根据权力要求1所述的一种激光熔覆MoB/CoCr金属陶瓷涂层，其特征在于：激光熔覆制备的MoB/CoCr金属陶瓷涂层厚度范围为345~450μm。

5.根据权力要求1所述的一种激光熔覆MoB/CoCr金属陶瓷涂层，其特征在于：激光熔覆制备的MoB/CoCr金属陶瓷涂层平均显微硬度为1686~2020MPa。