CN104233288B - 一种TiCFeAl基耐磨涂层的制备方法 - Google Patents

一种TiCFeAl基耐磨涂层的制备方法 Download PDF

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本发明涉及材料技术领域，具体地说是一种TiCFeAl基耐磨涂层的制备方法。该TiCFeAl基耐磨涂层的制备方法包括以下步骤：(1)、将一定粒度大小的Fe粉、Al粉、Ti粉和C粉按一定比例放入混料机里充分混合；(2)、将混合均匀的Fe‑Al‑Ti‑C粉末放置在干燥炉内干燥；(3)、熔覆时，将熔覆粉末通过送粉装置，送到激光作用区的母材表面，在氩气的保护下，使用光纤激光器制备TiC/FeAl基耐磨涂层。针对上述现有技术，本发明提供一种工艺简单，涂层硬度高、耐磨性能好，原位合成陶瓷相TiC，且弥散分布在FeAl基体上，熔合后无裂纹，与母材具有良好冶金结合的TiCFeAl基耐磨涂层的制备方法。

Description

一种TiCFeAl基耐磨涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体地说是一种TiCFeAl基耐磨涂层的制备方法。
背景技术
激光熔覆是采用同步送粉、预置涂覆、同轴送粉的方式，将熔覆的粉末置于母材表面，通过高能量密度激光作用，使母材表面薄层和合金粉末同时熔化，通过在熔池内发生反应，形成新的增强相，同时快速冷凝时与基体实现良好冶金结合，获得具有优良力学性能的改性熔覆层。熔覆层稀释度极低(仅5％～8％)，具有与基体完全不同的合金成分，热稳定性好、硬度高、耐磨、耐腐蚀性好。
激光熔覆是一种新型的金属材料表面加工、修复技术，近年来受到越来越多的重视，得到了迅猛的发展。它是采用高能量密度的激光束作为热源，通过非接触方式，对材料表面进行加工，通过改变材料表面成分及组织结构，获得具有特殊性能的涂层，弥补基体本身性能的不足，同时将熔覆层和基体母材两者的优势得以发挥。由于具有技术先进、工艺简单、自动化程度高、涂层性能优良等特点，通过激光熔覆技术，材料表面获得具有某种特殊性能的复合涂层，使得材料表面性能进一步提高，并且还能用于对受损的零部件进行修善，进而延长使用寿命，己经成为在各个领域非常重要的表面强化技术。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种工艺简单，涂层硬度高、耐磨性能好，原位合成陶瓷相TiC，且弥散分布在FeAl基体上，熔合后无裂纹，与母材具有良好冶金结合的TiCFeAl基耐磨涂层的制备方法。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种TiCFeAl基耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)、将一定粒度大小的Fe粉、Al粉、Ti粉和C粉按一定比例放入混料机里充分混合；
(2)、将混合均匀的Fe-Al-Ti-C粉末放置在干燥炉内干燥；
(3)、熔覆时，将熔覆粉末通过送粉装置，送到激光作用区的母材表面，在氩气的保护下，使用光纤激光器制备TiC/FeAl基耐磨涂层。
所述步骤(1)中Fe粉、Al粉、Ti粉、C粉的粒度大小分别为100目、200目的、100目、100目，质量分数分别为42wt％、28wt％、24wt％、6wt％。
所述步骤(1)中在混料机中混合时间在3-5小时之间。
所述步骤(2)中在干燥炉内的干燥炉内温度在30℃-50℃之间。
所述步骤(3)中的送粉装置采用可以实现不同角度连续、自动送粉的送粉器，送粉率为40-60g/min，送粉气体气压范围为0～1MPa，载气流量为2-4L/min将熔覆粉末采用同轴送粉的方式送到激光作用区。
所述步骤(3)中的所述光纤激光器为光纤激光加工器，激光功率为激光功率2.2kW，光斑直径5-7mm，扫描速度4-6mm/s。
所述送粉器内的载气体为工业氩气。
所述步骤(1)中在混料机中混合时间为4小时。
所述步骤(2)中在干燥炉内的干燥炉内温度为40℃。
所述步骤(3)中的母材为Q235钢。
本发明所带来的有益效果是：
本发明中，一种TiCFeAl基耐磨涂层的制备方法的原理是利用激光熔覆结合同轴送粉的方法，通过优化粉末成分配比、激光功率及激光扫描速度，选取最佳的粉末配比和工艺参数，制备性能优良的TiC/FeAl基耐磨涂层。
本发明的优点：(1)采用该方法制备的涂层原位合成的增强弥散分布，硬度高、耐磨性能好；(2)激光熔覆设备容易操作，激光功率、激光扫描速度可精确控制，制备工艺简单、成本低，利于实现工业生产自动化；(3)采用该方法制备的原位自生TiC/FeAl基涂层与母材具有良好的冶金结合；(4)TiC/FeAl基涂层性能优异，其维氏硬度，达到1896HV与Q235钢相比，提高了6倍。磨损率为0.00108％，耐磨性能提高了48.5倍。本发明是提高材料表面硬度及耐磨性的有效手段，具有良好的应用前景和经济意义。
附图说明
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明第一实施例的复合材料微观结构图。
图2为本发明第二实施例的复合材料物相分析的XRD分析图谱。
图3为本发明第一实施例、第二实施例和第三实施例制备的复合材料硬度的曲线图。
图4为本发明第一实施例、第二实施例和第三实施例制备的复合材料相对耐磨性的曲线图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式及附图对本发明的内容进行进一步描述，但这些实施例并不限制本发明的保护范围：
实施例一：
作为本发明所述TiCFeAl基耐磨涂层的制备方法的实施例，如图1所示，包括以下步骤：
(1)、将一定粒度大小的Fe粉、Al粉、Ti粉和C粉按一定比例放入混料机里充分混合；
(2)、将混合均匀的Fe-Al-Ti-C粉末放置在干燥炉内干燥；
(3)、熔覆时，将熔覆粉末通过送粉装置，送到激光作用区的母材表面，在氩气的保护下，使用光纤激光器制备TiC/FeAl基耐磨涂层。
本实施例中，所述步骤(1)中Fe粉、Al粉、Ti粉、C粉的粒度大小分别为100目、200目的、100目、100目，质量分数分别为42wt％、28wt％、24wt％、6wt％。
本实施例中，所述步骤(1)中在混料机中混合时间为4小时。
本实施例中，所述步骤(2)中在干燥炉内的干燥炉内40℃恒温干燥20min。
本实施例中，所述步骤(3)中的送粉装置采用可以实现不同角度连续、自动送粉的送粉器，送粉率为50g/min，送粉气体气压范围为0.5MPa，载气流量为3L/min将熔覆粉末采用同轴送粉的方式送到激光作用区。
本实施例中，所述步骤(3)中的所述光纤激光器为光纤激光加工器，激光功率为激光功率2.2kW，光斑直径6mm，扫描速度5mm/s，搭接率为40％。
本实施例中，所述送粉器内的载气体为工业氩气。
本实施例中，所述步骤(3)中的母材为Q235钢。
实施例二：
作为本发明所述TiCFeAl基耐磨涂层的制备方法的实施例，与实施例一的区别在于，本实施例中，所述步骤(1)中在混料机中混合时间为3小时。所述步骤(2)中在干燥炉内的干燥炉内30℃恒温干燥20min。所述步骤(3)中的送粉装置采用可以实现不同角度连续、自动送粉的送粉器，送粉率为40g/min，送粉气体气压范围为0MPa，载气流量为2L/min将熔覆粉末采用同轴送粉的方式送到激光作用区。所述步骤(3)中的所述光纤激光器为光纤激光加工器，激光功率为激光功率2.2kW，光斑直径5mm，扫描速度4mm/s，搭接率为40％。
本实施例中，其余步骤及有益效果均与实施例一一致，这里不再一一赘述。
实施例三：
作为本发明所述TiCFeAl基耐磨涂层的制备方法的实施例，与实施例一的区别在于，本实施例中，所述步骤(1)中在混料机中混合时间为5小时。所述步骤(2)中在干燥炉内的干燥炉内50℃恒温干燥20min。所述步骤(3)中的送粉装置采用可以实现不同角度连续、自动送粉的送粉器，送粉率为60g/min，送粉气体气压范围为1MPa，载气流量为4L/min将熔覆粉末采用同轴送粉的方式送到激光作用区。所述步骤(3)中的所述光纤激光器为光纤激光加工器，激光功率为激光功率2.2kW，光斑直径7mm，扫描速度6mm/s，搭接率为40％。
本实施例中，其余步骤及有益效果均与实施例一一致，这里不再一一赘述。
图1为第一实施例制备出的TiCFeAl基耐磨涂层的微观结构，从图中可以看出涂层表面无宏观裂纹，原位合成的增强体弥散分布，与母材具有良好的冶金结合。
图2为第二实施例制备的原位复合材料的XRD成分图，从图中可以看出，熔覆层主要由原位合成的TiC增强体及基体FeAl组成。
图3为第一实施例、第二实施例和第三实施例获得的TiCFeAl基耐磨涂层的硬度曲线图，从图中可以看出三种实施例制备的涂层的硬度都有提高，其中第三实施例中的复合材料硬度最高，其硬度值达到了2028HV。
图4为第一实施例、第二实施例和第三实施例获得的原位复合材料的相对耐磨性曲线图，从图中可以看出三种实施例制备的TiC/FeAl原位复合涂层耐磨性都相应提高，其中第三实施例中的耐磨性能最好，磨损率达到0.0108％。证明激光熔覆制备TiC/FeAl原位复合涂层具有良好的耐磨性能。
按本发明方法制备的TiC/FeAl原位复合涂层与母材具有良好冶金结合，其硬度高，磨损率低；可用于制备和修复易磨损零部件，制备工艺简单、绿色清洁环保，原材料无浪费，成本低，利于实现工业生产自动化。

Claims (9)

1.一种TiCFeAl基耐磨涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、将一定粒度大小的Fe粉、Al粉、Ti粉和C粉按一定比例放入混料机里充分混合；
(2)、将混合均匀的Fe-Al-Ti-C粉末放置在干燥炉内干燥；
(3)、熔覆时，将熔覆粉末通过送粉装置，送到激光作用区的母材表面，在氩气的保护下，使用光纤激光器制备TiC/FeAl基耐磨涂层；
所述步骤(3)中的所述光纤激光器为光纤激光加工器，激光功率为激光功率2.2kW，光斑直径5-7mm，扫描速度4-6mm/s。
2.如权利要求1所述的TiCFeAl基耐磨涂层的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中Fe粉、Al粉、Ti粉、C粉的粒度大小分别为100目、200目的、100目、100目，质量分数分别为42wt％、28wt％、24wt％、6wt％。
3.如权利要求1所述的TiCFeAl基耐磨涂层的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中在混料机中混合时间在3-5小时之间。
4.如权利要求1所述的TiCFeAl基耐磨涂层的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中在干燥炉内的干燥炉内温度在30℃-50℃之间。
5.如权利要求1所述的TiCFeAl基耐磨涂层的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中的送粉装置采用可以实现不同角度连续、自动送粉的送粉器，送粉率为40-60g/min，送粉气体气压范围为0～1MPa，载气流量为2-4L/min将熔覆粉末采用同轴送粉的方式送到激光作用区。
6.如权利要求5所述的TiCFeAl基耐磨涂层的制备方法，其特征在于所述送粉器内的载气体为工业氩气。
7.如权利要求3所述的TiCFeAl基耐磨涂层的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中在混料机中混合时间为4小时。
8.如权利要求4所述的TiCFeAl基耐磨涂层的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中在干燥炉内的干燥炉内温度为40℃。
9.如权利要求1所述的TiCFeAl基耐磨涂层的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中的母材为Q235钢。
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