CN103611927A - 专用于连续波光纤激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种专用于连续波光纤激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末，按重量百分比计，包括15-18%三氧化二铝，11-13%二氧化钛，4-8%氟化钙，2-5%氧化铈，2-4%氮化硅，1-4%锑，4-7%硼，余量为钴基。该钴基金属陶瓷合金粉末在连续波光纤激光熔覆的过程中，不仅能够大大提高金属件对激光的吸收率、降低熔点，而且能够在其表面形成一层内部组织结构致密，无裂纹、缩孔、气泡等缺陷熔覆层，大大增加的金属件的使用寿命，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明公开了金属陶瓷合金粉末，特别是一种专用于连续波光纤激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末。
背景技术
激光具有高亮度、高方向性、高单色性、高相干性的特点，现在正被越来越多的领域所使用，其中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至金属材料表面，使基材表面迅速融化，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。待激光光束扫描以后，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。
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。熔覆层容易出现裂纹、缩松、缩孔、气孔等缺陷，而且，熔覆层的硬度、强度等往往不能达到工艺生产要求。例如绝大多数自熔合金粉末中硼和硅的含量较高，使激光熔覆过程中的一些夹杂如硼硅酸盐无法顺利从快速凝固的熔池内浮出，导致激光熔覆层开裂敏感性大，激光熔覆层硬度高时开裂现象尤为明显。因此，研制出一种专门用于连续波光纤激光熔覆的金属陶瓷合金粉末十分迫切。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：本发明提供了一种专用于连续波光纤激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末，该钴基金属陶瓷合金粉末在连续波光纤激光熔覆的过程中，不仅能够大大提高金属件对激光的吸收率、降低熔点，而且能够在其表面形成一层内部组织结构致密，无裂纹、缩孔、气泡等缺陷熔覆层，大大增加的金属件的使用寿命，降低了生产成本。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：专用于连续波光纤激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末，按重量百分比计，包括15-18%三氧化二铝，11-13%二氧化钛，4-8%氟化钙，2-5%氧化铈，2-4氮化硅，1-4%锑，4-7%硼，余量为钴基。
上述的钴基金属陶瓷合金粉末包括16%三氧化二铝，12%二氧化钛，6%氟化钙，3%氧化铈，3%氮化硅，2%锑，6%硼，余量为钴基。
本发明所述的专用于连续波光纤激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末作用如下：
钴（Co）元素：作为金属陶瓷基材，熔覆时彻底熔融，与熔融状态的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，以增加熔覆层硬度。
三氧化二铝（Al2O3）：属于金属陶瓷粉末，作为强化微粒存在于熔覆层中，能够极大的提高熔覆层硬度及强度，可以降低熔覆层开裂的敏感性。
二氧化钛（TiO2）：有利于提高本发明的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。
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。
氧化铈（CeO2）：能够提高金属合金粉末对激光的吸收率，增加能源的利用率。
氮化硅（SiN4）：作为除三氧化二铝（Al2O3）之外的第二种陶瓷颗粒存在，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，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，在连续波光纤激光中自行脱氧，造渣，从而减少夹杂和含氧量。
锑（Sb）元素：熔点低，可用于降低合金粉末的熔点，可以减少能量输出。
硼（B）元素：具有晶界强化作用，可以提高熔覆层的硬度，强度，能提高钢的淬透性，促使钢的正火态组织由珠光体向贝氏体转变。
本发明的有益效果是：
①本发明所述的钴基金属陶瓷合金粉末，在连续波光纤激光熔覆中，钴基合金粉末对激光具有较高的吸收率，提高了能源的利用率，节约了生产成本；
②本发明所述的钴基金属合金粉末能够降低熔点，减少激光能量的输出；
③通过本发明所述的钴基金属陶瓷合金粉末，形成的熔覆层内部组织致密，无裂纹、缩松、气孔等缺陷，并且具有高硬度、强度、韧性以及高耐腐蚀性等性能。
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
将15%三氧化二铝，11%二氧化钛，4%氟化钙，2%氧化铈，2%氮化硅，1%锑，4%硼，余量为钴基。将其充分混合，得到500g的100-200目的钴基金属陶瓷合金粉末。
实施例2
将18%三氧化二铝，13%二氧化钛，8%氟化钙，5%氧化铈，4%氮化硅，4%锑，7%硼，余量为钴基。将其充分混合，得到500g的100-200目的镍基金属陶瓷合金粉末。
实施例3
将16%三氧化二铝，12%二氧化钛，6%氟化钙，3%氧化铈，3%氮化硅，2%锑，6%硼，余量为钴基。将其充分混合，得到500g的100-200目的镍基金属陶瓷合金粉末。
实施例4
取500g，粒度大小为100-200目的普通金属合金粉末。
使用光纤激光器，采用同轴送粉的方式，将实施例1、实施例2与实施例3中混合好的金属合金粉末在金属件表面分别进行激光熔覆，通过激光熔覆头的喷粉孔均匀喷出，采用连续波光纤激光，激光波长为1.06um，输出功率为3000W，运行速度为2m/min，单道宽度为2mm。经过激光熔覆将金属件进行机械检测得到以下数据：（下表中的距离是以熔覆层的最下表面为基平面，基平面以上为正，基平面以下为负）。基材硬度值为42HRC，抗压强度792MPa，抗拉强度705MPa
Claims (2)
1.专用于连续波光纤激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末，按重量百分比计，包括15-18%三氧化二铝，11-13%二氧化钛，4-8%氟化钙，2-5%氧化铈，2-4%氮化硅，1-4%锑，4-7%硼，余量为钴基。
2.根据权利要求1所述的专用于连续波光纤激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末，其特征在于：所述的钴基金属陶瓷合金粉末包括16%三氧化二铝，12%二氧化钛，6%氟化钙，3%氧化铈，3%氮化硅，2%锑，6%硼，余量为钴基。
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