CN105671410A

CN105671410A - 一种专用于连续式光纤激光合金化的陶瓷合金粉末

Info

Publication number: CN105671410A
Application number: CN201410665082.1A
Authority: CN
Inventors: 陈正; 樊宇; 徐杰; 范贺良; 陈强; 崔荣欣
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2014-11-20
Filing date: 2014-11-20
Publication date: 2016-06-15

Abstract

本发明公开了一种与连续光纤激光的特性相匹配的专用于连续光纤激光合金化的陶瓷合金粉末，由合金粉末和陶瓷硬质相组成，合金粉末由以下重量百分含量的组分组成：5-8％氟化钙，8-12％硼，3-5%氧化镧，15-25％氮化硅；陶瓷硬质相为的3-6%碳化钨和10-15%碳化钛。本发明制得的陶瓷合金粉末，生成的组织致密均匀，具有亚微米陶瓷细晶结构及优异的抗摩擦磨损性能。利于控制稀释率，释放气泡，减少气孔，无裂纹、缩孔等缺陷，并具有高硬度等优异金属学性能。

Description

一种专用于连续式光纤激光合金化的陶瓷合金粉末

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式光纤激光合金化的陶瓷合金粉末。

背景技术

磨损是工程构件三种主要的失效形式之一，磨损来源于摩擦，世界上约有一半的能源消耗在克服机械零件对偶表面相互作用的摩擦上。据不完全统计，我国每年因磨损造成的损失高达数十亿元，解决材料的磨损问题是十分重要的。磨损一般是从材料表面开始的，因此对材料表面进行改性处理，以提高其表面的硬度、耐磨性、耐蚀性等性能是减少磨损损失行之有效的方法。激光表面合金化技术是通过把需要合金化的物质直接或间接的结合到基体材料表面，然后在高能激光束的辐照下使得基材表面薄层和合金化物质一起快速熔化、混合，熔化层在极短的时间内形成一定厚度和化学成分的新表面合金层。

激光表面合金化作为一种新型的激光表面改性技术，因其具有能量作用集中、热影响区小、合金化层组织细小致密、提高其硬度及耐磨性、耐蚀性、易实现自动化等特点，拥有广阔的市场前景。目前，钢铁表面的激光合金化技术虽然已经起步，但现有技术水平较低，尤其在陶瓷硬质相的选择、激光扫描参数控制方面需进一步研究和提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种与连续光纤激光的特性相匹配的专用于连续光纤激光合金化的陶瓷合金粉末。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种专用于激光合金化的陶瓷合金粉末，由合金粉末和陶瓷硬质相组成，合金粉末由以下重量百分含量的组分组成：5-8％氟化钙，8-12％硼，3-5%氧化镧，15-25％氮化硅；所述陶瓷硬质相为碳化钨和碳化钛的混合物，所述碳化钨的重量为合金粉末和陶瓷硬质相总重量的3-6%，所述碳化钛的重量为合金粉末和陶瓷硬质相总重量的10-15%。

用于连续光纤激光合金化的陶瓷合金粉末的优选配比是：6％氟化钙，9％硼，3%氧化镧，20％氮化硅，3%碳化钨和15%碳化钛。

本发明所述的陶瓷合金粉末中各成分的作用分别如下：

氟化钙(CaF2)：作为添加材料，用于减少合金层凝固时的内应力，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。

硼（B）元素：在合金粉末中起自行脱氧和造渣的作用，可以与进入合金层的氧元素优先形成硼酸盐，覆盖于合金层表面，防止液态金属过度氧化，还能降低合金的熔点，改善熔体对基体金属的润湿能力，对合金的流动性及表面张力产生有利的影响。

氧化镧（La2O3）：提高因温度变化的稳定性和寿命，细化晶粒、生成的组织致密均匀，利于释放气泡，减少气孔。

氮化硅（SiN4）：作为除碳化钨（WC）之外的第二种陶瓷颗粒存在，在合金化过程中不熔化，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。

碳化钨（WC）在激光合金化过程中不熔化，均匀分布在熔池中，作为强化微粒存在于合金层中，极大地增强了合金层的硬度及耐磨性。

碳化钛（TiC)在激光合金化过程中不熔化，作为强化微粒均匀分布，存在于合金层中，极大地增强了合金层的硬度和强度。

本发明的有益效果：本发明所述的陶瓷合金粉末，在连续式光纤激光合金化中，陶瓷合金粉末，生成的组织致密均匀，具有亚微米陶瓷细晶结构及优异的抗摩擦磨损性能。利于控制稀释率，释放气泡，减少气孔，无裂纹、缩孔等缺陷，并具有高硬度等优异金属学性能。

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

将按重量百分比为5％氟化钙，8％硼，3%氧化镧，15％氮化硅；3%碳化钨，10%碳化钛的比例称取500g样品，经制样后得到200-300目的陶瓷合金粉末。

实施例2

将按重量百分比为6％氟化钙，9％硼，4%氧化镧，20％氮化硅；5%碳化钨，13%碳化钛的比例称取500g样品，经制样后得到200-300目的陶瓷合金粉末。

实施例3

将按重量百分比为8％氟化钙，12％硼，5%氧化镧，25％氮化硅；6%碳化钨，15%碳化钛的比例称取500g样品，经制样后得到200-300目的陶瓷合金粉末。

由实施例3配制得到的陶瓷合金粉末，在2000W连续光纤激光功率，光斑尺寸10mm²，扫描速度15mm/s，送粉速率20g/min等工艺条件下，对基材为Q450铁素体球墨铸铁表面进行激光合金化处理，室温下，检测结果如下表所示：

Claims

1.专用于激光合金化的陶瓷合金粉末，由合金粉末和陶瓷硬质相组成，合金粉末由以下重量百分含量的组分组成：5-8％氟化钙，8-12％硼，3-5%氧化镧，15-25％氮化硅；所述陶瓷硬质相为碳化钨和碳化钛的混合物，所述碳化钨的重量为合金粉末和陶瓷硬质相总重量的3-6%，所述碳化钛的重量为合金粉末和陶瓷硬质相总重量的10-15%。

2.如权利要求1所述的专用于专用于激光合金化的陶瓷合金粉末,其特征在于：包含6％氟化钙，9％硼，3%氧化镧，20％氮化硅，3%碳化钨和15%碳化钛。

3.如权利要求1所述的专用于激光合金化的陶瓷合金粉末，其特征在于：该合金粉末专用于连续式光纤激光器的合金化过程。