CN103290403A - 一种制备高含量wc增强合金粉末涂层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料表面工程领域，特别是涉及一种应用激光熔覆技术制备高含量WC增强合金粉末涂层的方法。采用激光熔覆将复合粉末熔覆于工件表面，其中复合粉末由WC粉末及粘接相合金粉末按重量比例配制而成，按重量百分比计，所述复合粉末中WC粉末含量50-70％，粘接相合金粉末含量30-50％。采用本发明工艺方法制备WC增强合金粉末复合功能涂层，工件经处理后耐磨及高温性能大幅度提高，使用寿命提高8倍以上，经济效益显著。

Description

一种制备高含量WC增强合金粉末涂层的方法

技术领域

本发明属于材料表面工程领域，特别是涉及一种应用激光熔覆技术制备高含量WC增强合金粉末涂层的方法。

背景技术

磨损是零部件失效的主要表现形式之一，由于磨损导致的零部件失效、机器设备停产等不良后果造成材料和能源的极大浪费，生产成本的急剧增加。进入二十一世纪以来，随着现代化大规模工业生产的发展，对各种零部件的综合使用性能，如耐磨、耐蚀、抗氧化、抗冲击等性能提出了更高的要求。近年来，随着材料表面工程技术的飞速发展，金属陶瓷材料，如碳化钨、碳化钛等，因其具有硬度高、抗磨损、抗腐蚀及红硬性好等方面的优点，已广泛应用于制作切削工具、凿岩、采掘工具、窑炉的结构材料以及叶片、喷嘴等航空部件上。由于碳化钨等超硬耐磨材料一般是借助于传统表面工程技术，如喷涂、喷焊、沉积等涂覆于零部件表面上的，因而涂层质量常存在以下不足，如致密度小、晶粒组织粗大、氧化严重、易脱落、涂层较薄、工件变形大等问题，致使金属陶瓷材料的优异性能不能很好的充分发挥出来。如中国发明专利“申请号200710150142.6”，介绍了一种采用超音速火焰喷涂制备WC/Co粉末涂层的方法，但存在涂层非冶金结合、易脱落、涂层显微硬度偏低的缺点；中国发明专利“申请号200910067143.3”，发明了一种碳化钨陶瓷颗粒增强金属基复合材料的涂层制备方法，但存在碳化钨硬质相含量偏低、涂层较薄、结合强度低的问题。为此，有必要对传统材料表面处理技术加以改进，开发出性能更加卓越的新型功能材料及工艺更加先进的涂层制备技术。

发明内容

本发明目的在于提供一种制备高含量WC增强合金粉末涂层的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种制备高含量WC增强合金粉末涂层的方法，采用激光熔覆技术将复合粉末熔覆于工件表面，其中复合粉末由WC粉末及粘接相合金粉末按重量比例配制而成，按重量百分比计，所述复合粉末中WC粉末含量50-70％，粘接相合金粉末含量30-50％。

将复合粉末熔覆于工件表面，在工件表面形成至少一层的复合材料功能涂层。其中，激光熔覆工艺参数为：激光功率2.0-6.0KW，扫描速度300-2000mm/min，光斑直径2.0-6.0mm，搭接率30-50％，单层熔覆厚度0.5-2.5mm。

所述WC粉末与粘接相合金粉末粒度均为30-200μm。所述粘接相合金粉末材料为镍基、铁基或钴基合金粉末。所述的复合粉末采用气载式送粉或重力式送粉方式输送。所述激光熔覆过程中在氩气或氮气惰性气体的保护下进行。

本发明可以带来以下有益效果：

本发明采用激光熔覆技术制备高含量WC增强合金粉末涂层，涂层中WC含量达到50-70％，显微硬度高达HV1495-1621，涂层耐磨、耐蚀及高温性能优良，基材稀释率低，涂层金相组织中WC颗粒形貌保持完好，分布均匀。同时本发明涂层可以进行大面积的多层熔覆，单层熔覆厚度在0.5-2.5mm，涂层晶粒组织致密、细化，涂层性能得到进步增强。

本发明所得涂层与基体形成牢固的冶金结合，涂层不会剥落，基体稀释率低；并且经本发明涂层增强后的基体使用寿命可提高8倍以上，社会、经济效益显著。

附图说明

图1为本发明实施例提供的金相组织照片。

图2为本发明实施例提供的金相组织局部放大照片。

图3为本发明实施例提供的的金相组织照片。

图4为本发明实施例提供的的金相组织照片。

具体实施方式

本发明制备高含量WC增强合金粉末涂层的工艺方案为：复合粉末的制备—工件的预处理—激光熔覆涂层制备。

具体内容如下：采用粉末粒度均在30-200μm的优质WC粉末及粘接相合金粉末，按重量百分比进行配制。其中，WC含量在50-70％，粘接相合金粉末含量在50-30％，将配制好的复合粉末放入混粉器中进行充分的混合后待用。对金属基材进行必要的打磨、车削、清洗等预处理，去除工件表面的锈蚀、油污等。在复合粉末制备和工件预处理完成后进行激光熔覆处理，工艺参数为：激光功率2.0-6.0KW，扫描速度300-2000mm/min，光斑直径2.0-6.0mm，搭接率30-50％，单层熔覆厚度0.5-2.5mm，可进行大面积的多层熔覆。

本发明采用6KW大功率激光加工系统，粉末输送采用同轴气载送粉或重力送粉方式，熔覆过程中采用氩气或氮气惰性气体保护激光熔池，完成待加工工件的熔覆处理。

实施例1：

采用本发明方法对采掘行业的截齿进行WC增强合金粉末涂层的激光熔覆处理，过程如下：

按重量百分比计，硬质增强相WC含量50％，粘接相粉末选用牌号为XS-F50的铁基自熔合金粉末，含量为50％，二者混合后放入混粉器中充分搅拌混合均匀。在截齿表面打磨清洗干净后进行激光熔覆处理，工艺参数为：激光功率3.0KW，扫描速度700mm/min，光斑直径3.0mm，搭接率30％，单层熔覆厚度1.2mm，熔覆一层。

本实施例中，采用气载同轴送粉方式将WC复合粉末送入激光熔池，同轴送粉系统附有氩气保护功能，能够很好地保护激光熔池，防止WC颗粒的烧蚀、氧化及分解，降低涂层开裂倾向。如图1、图2所示，本实施例所制备涂层质量良好，WC形貌保持完好，分布均匀，显微硬度达到HV1495，耐磨、耐蚀性能优良，使用寿命提高8倍以上。

实施例2：

采用本发明方法对高炉衬板进行WC增强合金粉末涂层的激光熔覆处理，过程如下：

按重量百分比计，硬质增强相WC含量70％，粘接相粉末选用牌号为XS-N30的镍基自熔合金粉末，含量为30％，二者混合后放入混粉器中充分搅拌混合均匀。在工件表面打磨清洗干净后进行激光熔覆处理，工艺参数为：激光功率6.0KW，扫描速度2000mm/min，光斑直径6.0mm，搭接率50％，单层熔覆厚度2.0mm，熔覆二层。本实施例中，送粉方式同实施例1。

如图3所示，本实施例所制备涂层组织晶粒细小致密，涂层组织主要由WC、FeNi3、Ni2Si和γ(Fe-Ni)等相组成。其中，WC硬质相硬度极高，起到抗磨损、耐高温的主要作用，而粘接相镍基合金粉末材料因其具有良好的强韧性，一方面可以起到对硬质相WC的固定支撑作用，避免WC颗粒的脱落，增强涂层的韧性，另一方面又与基体金属材料牢固结合，且具有一定的强度，能够防止裂纹的产生及涂层的脱落。另外，涂层的硬度取决于硬质相WC的含量和晶粒粒度，硬质相含量越高、晶粒越细，涂层硬度也越高，而涂层的韧性由粘结相金属决定，粘结金属含量越高，涂层抗弯强度越大。本实施例所制备的涂层显微硬度可达HV1621，并具有一定的韧性，工件使用后寿命提高10倍以上，效果非常显著。

实施例3

采用本发明方法对高炉衬板进行WC增强合金粉末涂层的激光熔覆处理，过程如下：

按重量百分比计，硬质增强相WC含量60％，粘接相粉末选用牌号为XS-C40的钴基自熔合金粉末，含量为40％，二者混合后放入混粉器中充分搅拌混合均匀。在工件表面打磨清洗干净后进行激光熔覆处理，工艺参数为：激光功率5.0KW，扫描速度1500mm/min，光斑直径4.5mm，搭接率50％，单层熔覆厚度2.5mm，熔覆二层。本实施例中，送粉方式为重力送粉，熔覆过程中采用氩气进行保护。

如图4所示，本实施例所制备涂层晶粒组织细小致密，WC形貌保持完好，分布较均匀，所制涂层硬度达到HV1540，工件使用后寿命提高8倍以上，效果显著。

Claims (6)

1.一种制备高含量WC增强合金粉末涂层的方法，其特征在于：采用激光熔覆将复合粉末熔覆于工件表面，其中复合粉末由WC粉末及粘接相合金粉末按重量比例配制而成，按重量百分比计，所述复合粉末中WC粉末含量50-70％，粘接相合金粉末含量30-50％。

2.按权利要求1所述的制备高含量WC增强合金粉末涂层的方法，其特征在于：将复合粉末熔覆于工件表面，在工件表面形成至少一层的复合材料功能涂层。其中，激光熔覆工艺参数为：激光功率2.0-6.0KW，扫描速度300-2000mm/min，光斑直径2.0-6.0mm，搭接率30-50％，单层熔覆厚度0.5-2.5mm。

3.按权利要求1或2所述的制备高含量WC增强合金粉末涂层的方法，其特征在于：所述WC粉末与粘接相合金粉末粒度均为30-200μm。

4.按权利要求1或2所述的制备高含量WC增强合金粉末涂层的方法，其特征在于：所述粘接相合金粉末材料为镍基、铁基或钴基合金粉末。

5.按权利要求1或2所述的制备高含量WC增强合金粉末涂层的方法，其特征在于：所述的复合粉末采用气载式送粉或重力式送粉方式输送。

6.按权利要求1或2所述的制备高含量WC增强合金粉末涂层的方法，其特征在于：所述激光熔覆过程中在氩气或氮气惰性气体的保护下进行。

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