CN103602876A

CN103602876A - 一种专用于连续波光纤激光熔覆的金属陶瓷合金粉末

Info

Publication number: CN103602876A
Application number: CN201310590414.XA
Authority: CN
Inventors: 张剑
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2014-02-26

Abstract

本发明公开了一种与连续波光纤激光的特性相匹配的专用于连续波光纤激光熔覆的钴基金属合金粉末，按重量百分比计，含有15-20%二氧化钛，2-4%氮化硅，2-5%氟化钙，5-8%氧化铝，4-7%硅，8-12%铬，2-5%铱，0.1-0.2%碳，余量为钴和不可避免的杂质。该金属合金粉末，专用于高能连续波光纤激光器的熔覆过程，激光的吸收利用率明显提高，形成的熔覆层具有高硬度、高韧性、高耐腐蚀性。且熔覆层组织致密，无气孔、裂纹、缩孔等缺陷。同时能有效控制稀释率，工艺简单方便，无需熔覆前后热处理。

Description

一种专用于连续波光纤激光熔覆的金属陶瓷合金粉末

技术领域

本发明涉及一种合金粉末，特别是指一种专用于连续波光纤激光熔覆的金属陶瓷合金粉末。

背景技术

激光熔覆就是表面处理技术中的一种。概括的说，激光熔覆的原理就是利用高能激光束照射金属材料表面，基材表面被迅速融化，液态的金属形成一个小规模的熔池，同时填注新的粉末材料，在这个熔池中，原本的金属材料与被添加的粉末相互混合，形成一层新的液态金属层。待激光光束经过以后，液态金属层迅速冷却由此在金属表面形成一层固态的熔覆层。随着激光器功率和稳定性的不断提高，得到了迅速推广和应用。激光熔覆技术可广泛应用于航空、国防、石油化工、冶金、医疗器械等各个领域。

然而，目前国内市场上几乎没有连续波光纤激光熔覆专用的金属陶瓷合金粉末，通常所使用的合金粉末大多为热喷涂所用自熔合金粉末。由于两种技术的传热方式、工艺条件等的不同，热喷涂所用自熔合金粉末直接用于连续波光纤激光熔覆后，激光吸收率较低，一般在30-40%左右。而且熔覆层容易出现裂纹、缩松、缩孔、气孔等缺陷。因此，有必要研制出一种专门用于连续波光纤激光熔覆的金属合金粉末。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种与连续波光纤激光的特性相匹配的专用于连续波光纤激光熔覆的金属陶瓷合金粉末，该金属合金粉末，专用于高能连续波光纤激光器的熔覆过程，激光的吸收利用率明显提高，形成的熔覆层具有高硬度、高韧性、高耐腐蚀性。且熔覆层组织致密，无气孔、裂纹、缩孔等缺陷。同时能有效控制稀释率.工艺简单方便，无需熔覆前后热处理。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种专用于连续波光纤激光熔覆的金属陶瓷合金粉末，按重量百分比计，含有15-20%二氧化钛，2-4%氮化硅，2-5%氟化钙，5-8%氧化铝，4-7%硅，8-12%铬，2-5%铱，0.1-0.2%碳，余量为钴。

专用于连续波光纤激光熔覆的金属陶瓷合金粉末的优选配比为，含有：16%二氧化钛，2%氮化硅，3%氟化钙，7%氧化铝，5%硅，10%铬，5%铱，0.1%碳，余量为钴。

本发明所述的金属陶瓷合金粉末中各成分的作用分别如下：

钴（Co）元素：作为合金粉末的骨料，在熔覆时，与熔融状态的金属基材一同形成激光熔池，以供其他元素或化合物在熔池中均匀分布后凝固成熔覆层。

二氧化钛（TiO₂）：提高钴基金属合金粉末对激光的吸收率，从而可以减少激光器的功率输出，提高能源的利用率。

氮化硅(SiN₄)：在熔覆过程中不熔化，但对激光的热吸收率大，可加速分散热量，一定程度的提高激光的吸收率，并作为低硬度金属元素与超高硬度陶瓷颗粒的缓和，增强抗蠕变性，抗氧化性，提高耐腐蚀性，另外，该氮化硅还可以有效的控制稀释率。

氟化钙(CaF₂)：作为添加材料，用于减少熔覆层凝固时的内应力，防止凝固后出现热裂纹、缩孔、缩松等缺陷，提高金属内部组织的致密性。

氧化铝（Al₂O₃）：线膨胀系数较低，可降低粉末的热胀系数，降低开裂敏感性，提高激光的吸收率。

硅（Si）：在自熔性粉末中起自造渣及保护作用，可以与进入熔池的氧元素优先形成硅酸盐，覆盖于熔池表面，防止液态金属过渡氧化，提高液态金属的润湿能力。对铁素体有较大的固熔强化作用，硅能细化珠光体组织，但是过高的Si对钢的焊接性不利。

铬(Cr)：具有固溶强化和钝化作用，用于提高熔覆层的强度以及抗氧化能力，增强抗腐蚀性。

铱（Ir）：属于稀有金属元素，是一种韧性相材料，可提高连续光纤激光熔覆层的塑韧性。

碳（C）：属于非金属元素，碳含量越高，硬度就越高，耐磨性能就越好，屈服点和抗拉强度升高，但是其韧性、塑性、冲击性和抗腐蚀性能会随着碳含量的增加而降低，因此该金属陶瓷合金粉末中C含量的选择确保熔覆层满足耐磨性的同时，尽可能的兼顾韧性和抗腐蚀性，此外该C含量能增加钢的冷脆性和时效敏感性。

本发明的有益效果：本发明所述的金属陶瓷合金粉末，在连续式光钎激光熔覆中，激光的吸收利用率明显提高，形成的熔覆层具有高硬度、高韧性、高耐腐蚀性。且熔覆层组织致密，无气孔、裂纹、缩孔等缺陷。同时能有效控制稀释率.工艺简单方便，无需熔覆前后热处理。

具体实施例

下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

按重量百分比为：16%二氧化钛，2%氮化硅，3%氟化钙，7%氧化铝，5%硅，10%铬，5%铱，0.1%碳，余量为钴和不可避免的杂质。经过机械充分混合称取500g样品，经制样后得到200-300目的金属陶瓷合金粉末。

实施例2

按重量百分比为：17%二氧化钛，3%氮化硅，2%氟化钙，6%氧化铝，7%硅，11%铬，4%铱，0.15%碳，余量为钴和不可避免的杂质。经过机械充分混合称取500g样品，经制样后得到200-300目的金属陶瓷合金粉末。

实施例3

按重量百分比为：18%二氧化钛，4%氮化硅，4%氟化钙，5%氧化铝，6%硅，9%铬，3%铱，0.2%碳，余量为钴和不可避免的杂质。经过机械充分混合称取500g样品，经制样后得到200-300目的金属陶瓷合金粉末。

由实施例3配制得到的金属陶瓷合金粉末，在3000W连续波光纤激光功率，光斑尺寸12mm²，扫描速度20mm/s，送粉速率25g/min等工艺条件下，对基材为45号钢的工件表面进行激光熔覆处理，室温下，检测结果如下表所示：

Claims

1.一种专用于连续波光纤激光熔覆的金属陶瓷合金粉末，按重量百分比计，含有15-20%二氧化钛，2-4%氮化硅，2-5%氟化钙，5-8%氧化铝，4-7%硅，8-12%铬，2-5%铱，0.1-0.2%碳，余量为钴。

2.如权利要求1所述的一种专用于连续波光纤激光熔覆的金属陶瓷合金粉末，其特征在于，含有：16%二氧化钛，2%氮化硅，3%氟化钙，7%氧化铝，5%硅，10%铬，5%铱，0.1%碳，余量为钴。