CN103614720A

CN103614720A - 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

Info

Publication number: CN103614720A
Application number: CN201310590415.4A
Authority: CN
Inventors: 范贺良
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2014-03-05

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，含有11-13%碳化硅，5-7%氟化钙，2-4%氮化硅，8-10%铬，2-4%铱，0.1-0.2%碳，1-1.4%锰，5-7%铁，余量为钴和不可避免的杂质。该金属陶瓷合金粉末，专用于高能连续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。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钴基金属陶瓷合金粉末

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钴基金属陶瓷合金粉末。

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：提供一种专用于连续波光纤激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末，该金属陶瓷合金粉末，专用于高能连续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。工艺简单方便，无需熔覆前后热处理。

为解决上述问题，本发明的技术方案是：一种专用于连续波光纤激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末，按重量百分比计，含有11-13%碳化硅，5-7%氟化钙，2-4%氮化硅，8-10%铬，2-4%铱，0.1-0.2%碳，1-1.4%锰，5-7%铁，余量为钴。

专用于连续波光纤激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末的优选配比为，含有12%碳化硅，5%氟化钙，3%氮化硅，8%铬，4%铱，0.1%碳，1.2%锰，6%铁，余量为钴。

本发明所述的钴基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。

碳化硅（SiC）颗粒：激光熔覆时钴基金属陶瓷合金粉末从激光头的粉末喷头均匀喷出，SiC均匀分布在熔池中，作为强化微粒存在于熔覆层中，极大地增强了熔覆层的硬度。

氟化钙(CaF₂)：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。

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，从而提高激光的吸收率，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。

铬（Cr）：提高熔覆层的强度，可增大钢的淬火度和淬火后的变形能力，提高的淬透性，并且使熔覆层具有优良的抗腐蚀性、耐磨性、硬度、弹性、抗磁力、抗强力和耐热性。

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。

锰（Mn）：强烈提高钢的淬透性，对铁素体和奥氏体均能起到较大的固溶强化作用，使得钢材具备高的强度与硬度，当Mn过高会使得钢材具有明显的回火脆性，Mn促使奥氏体长大，使钢对过热较敏感。

铁（Fe）：增加液态金属与基体的亲和性，提高熔覆层冶金结合的强度，使该金属陶瓷合金粉末与基材表面充分均匀融合

本发明的有益效果：本发明所述的钴基金属陶瓷合金粉末，在连续波光钎激光熔覆中，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。工艺简单方便，无需熔覆前后热处理。

具体实施方式

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：12%碳化硅，5%氟化钙，3%氮化硅，8%铬，4%铱，0.1%碳，1.2%锰，6%铁，余量为钴。经过机械充分混合称取500g样品，经制样后得到200-300目的钴基金属陶瓷合金粉末。

实施例2

按重量百分比为：11%碳化硅，6%氟化钙，2%氮化硅，10%铬，2%铱，0.15%碳，1.4%锰，7%铁，余量为钴。经过机械充分混合称取500g样品，经制样后得到200-300目的钴基金属陶瓷合金粉末。

实施例3

按重量百分比为：13%碳化硅，7%氟化钙，4%氮化硅，9%铬，3%铱，0.2%碳，1%锰，5%铁，余量为钴。经过机械充分混合称取500g样品，经制样后得到200-300目的钴基金属陶瓷合金粉末。

由实施例1配制得到的钴基金属陶瓷合金粉末，在3000W连续光纤激光功率，光斑尺寸10mm²，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：

试样	对激光的吸收率	熔覆层硬度（HV）	抗拉伸强度（MN/m²）
				实施例1	60-80%	1100	1000
普通钴基合金粉末	30-40%	850	820

Claims

1.一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，含有11-13%碳化硅，5-7%氟化钙，2-4%氮化硅，8-10%铬，2-4%铱，0.1-0.2%碳，1-1.4%锰，5-7%铁，余量为钴。

2.如权利要求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，含有：12%碳化硅，5%氟化钙，3%氮化硅，8%铬，4%铱，0.1%碳，1.2%锰，6%铁，余量为钴。