CN108359978A - 一种铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末及其制备和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末，用下列重量组份比的原料制成：纯铁粉44‑54份、锰粉23‑30份、硅粉7‑13份、铬粉3‑15份、镍粉1‑13份、铌粉0.5‑1.5份、碳化钨粉4‑16份、氧化钇粉0.1‑5份。使用本发明的方法制备该熔覆涂层粉末的过程中，硬质颗粒产生固溶强化，未分解硬质颗粒会产生第二相强化，可同时提高涂层硬度及耐磨性；通过稀土净化晶界、降低微孔结构含量、降低涂层开裂倾向、促进涂层表面电位一致，可提高涂层耐蚀性。

Description

一种铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末及其制备和使用 方法
技术领域
本发明涉及一种铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末及其制备和使用方法，属于激光熔覆表面改性技术领域。
背景技术
激光熔覆是一种表面改性或修复的工艺，通过在基材表面置放粉末，经过激光辐照加热，使得粉末和基材表面的小部分同时熔化，快速凝固后和基材形成良好的冶金结合的涂层,具备工艺过程简单、节约贵重金属及经济效益高的优点。但由于激光熔覆过程中，融化和凝固速度极快，易使涂层及基材中出现较大的残余组织应力及热应力，进而导致涂层中产生微裂纹并影响工件的疲劳强度及加工精度。激光熔覆Fe-Mn-Si系记忆合金涂层，利用形状记忆合金的应力自适应特性，可松弛部分残余应力，从而得到低残余应力的涂层。但是该记忆合金涂层仍然存在硬度及耐磨性不高等缺点，这就限制了这种涂层材料的应用范围。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末及其制备和使用方法。本发明的激光熔覆过程中，所生成的Fe基记忆合金涂层可通过相变释放残余应力；硬质颗粒产生固溶强化，未分解硬质颗粒产生第二相强化，同时提高涂层硬度及耐磨性；通过稀土净化晶界、降低微孔结构含量、降低涂层开裂倾向、促进涂层表面电位一致从而提高其硬度、耐磨性及疲劳特性，这将很好的扩展铁基涂层的应用范围。
本发明的技术方案：一种铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末，用下列重量组份比的原料制成：纯铁粉44-54份、锰粉23-30份、硅粉7-13份、铬粉3-15份、镍粉1-13份、铌粉0.5-1.5份、碳化钨粉4-16份、氧化钇粉0.1-5份。
前述的铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末的制备方法，按照重量组份比称取各种原料粉末并混合，投入至球磨机的不锈钢球磨罐中，使用不锈钢球为球磨介质，采用无水乙醇为研磨介质进行球磨，球磨后的粉末经真空干燥处理，即得激光熔覆涂层粉末。
前述的铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末的制备方法，不锈钢球、混合粉末与无水乙醇的质量比为：3～6：1：1。
前述的铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末的制备方法，球磨时间为5～10h。
前述的铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末的制备方法，球磨时的球磨机转速为：100-200r/min。
前述的铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末的制备方法，球磨后的粉末在120℃的真空条件下，干燥3h后即得激光熔覆涂层粉末。
一种铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末的使用方法，所得粉末利用光纤激光器进行预置法激光熔覆即得涂层。
前述的铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末的使用方法，所述光纤激光器选用6KW光纤激光器。
前述的铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末的使用方法，激光熔覆过程中，激光功率为3.5～4.5kW，激光扫描速度V=4～10mm/s，激光光斑直径d=4～6mm，搭接率为40～60%，铺粉厚度为1.5～2.5mm。
本发明的有益效果：与现有技术相比，使用本发明的方法制备该熔覆涂层粉末的过程中，硬质颗粒产生固溶强化，未分解硬质颗粒会产生第二相强化，可同时提高涂层硬度及耐磨性；通过稀土净化晶界、降低微孔结构含量、降低涂层开裂倾向、促进涂层表面电位一致，可提高涂层耐蚀性。
为了检测使用本发明的方法制备得到的铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末性能，故做了下列实验：
微观组织分析
利用光学显微镜对激光熔覆复合涂层的微观组织进行分析，如图1所示，涂层组织均匀，晶粒细小，无裂纹产生，具备较好的晶体学特性，能够从微观组织层面为涂层的物理及力学性能提供良好的保障。
显微硬度分析
利用显微硬度仪自试样顶端开始，每隔100μm测量试样的显微硬度，三次测量取平均值后，所得试验数据如图2所示。由图可知，复合涂层硬度值提升到约为基材的4倍，因硬质颗粒及稀土的掺杂而产生的固溶强化、第二相强化及细晶强化使得涂层硬度明显提升。
耐磨性分析
利用往复摩擦磨损试验仪对复合涂层及基材的耐磨性能进行对比分析后发现，加入WC硬质颗粒使得涂层磨损量明显降低、摩擦系数变小，耐磨性明显增加。
疲劳性能分析
利用接触疲劳试验仪对复合涂层及基材的疲劳特性进行对比分析后发现，在相同的滚动摩擦加载应力及加载时间作用下，基材表层及次表层出现明显的疲劳微裂纹，并伴随剥落、剪切等黏着磨损特征产生，而复合涂层仅仅出现浅浅的犁沟状磨痕。这表明复合涂层的疲劳性能明显优于基材。
附图说明
附图1为激光熔覆复合涂层的微观组织图；
附图2为激光熔覆复合涂层及基材的硬度梯度图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例1：一种铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末，用下列重量组份比的原料制成：纯铁粉46.9kg、锰粉28kg、硅粉8kg、铬粉3.5kg、镍粉2.5kg、铌粉0.5kg、碳化钨粉10kg、氧化钇粉0.6kg。
该铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末的制备方法为：采用精度0.1mg的电子天平，按照上述的重量组份比称取各种原料粉末并混合，混合粉末投入至球磨机的不锈钢球磨罐中，使用不锈钢球为球磨介质，采用无水乙醇为研磨介质进行球磨，球磨后的粉末经真空干燥处理，即得激光熔覆涂层粉末。
球磨过程中，不锈钢球、混合粉末与无水乙醇的质量比为：3：1：1，球磨时间为8h，球磨时的球磨机转速为：100r/min，球磨后的粉末在120℃的真空条件下，干燥3h后即得激光熔覆涂层粉末。
该铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末的使用方法为，所得粉末利用6KW光纤激光器进行预置法激光熔覆即得涂层，激光功率为3.5kW，激光扫描速度V=4mm/s，激光光斑直径d=4mm，搭接率为40%，铺粉厚度为1.5mm。
本发明的实施例2：一种铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末，用下列重量组份比的原料制成：纯铁粉48.4kg、锰粉24.5kg、硅粉7kg、铬粉5kg、镍粉6kg、铌粉0.9kg、碳化钨粉7kg、氧化钇粉1.2kg。
该铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末的制备方法为：采用精度0.1mg的电子天平，按照上述的重量组份比称取各种原料粉末并混合，混合粉末投入至球磨机的不锈钢球磨罐中，使用不锈钢球为球磨介质，采用无水乙醇为研磨介质进行球磨，球磨后的粉末经真空干燥处理，即得激光熔覆涂层粉末。
球磨过程中，不锈钢球、混合粉末与无水乙醇的质量比为：4：1：1，球磨时间为6h，球磨时的球磨机转速为：150r/min，球磨后的粉末在120℃的真空条件下，干燥3h后即得激光熔覆涂层粉末。
该铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末的使用方法为，所得粉末利用6KW光纤激光器进行预置法激光熔覆即得涂层，激光功率为4kW，激光扫描速度V=7mm/s，激光光斑直径d=5mm，搭接率为50%，铺粉厚度为2mm。
本发明的实施例3：一种铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末，用下列重量组份比的原料制成：纯铁粉49.2kg、锰粉23kg、硅粉7.5kg、铬粉3kg、镍粉1.6kg、铌粉1.3kg、碳化钨粉13kg、氧化钇粉2.4kg。
该铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末的制备方法为：采用精度0.1mg的电子天平，按照上述的重量组份比称取各种原料粉末并混合，混合粉末投入至球磨机的不锈钢球磨罐中，使用不锈钢球为球磨介质，采用无水乙醇为研磨介质进行球磨，球磨后的粉末经真空干燥处理，即得激光熔覆涂层粉末。
球磨过程中，不锈钢球、混合粉末与无水乙醇的质量比为：6：1：1，球磨时间为5h，球磨时的球磨机转速为：200r/min，球磨后的粉末在120℃的真空条件下，干燥3h后即得激光熔覆涂层粉末。
该铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末的使用方法为，所得粉末利用6KW光纤激光器进行预置法激光熔覆即得涂层，激光功率为4.5kW，激光扫描速度V=9mm/s，激光光斑直径d=6mm，搭接率为60%，铺粉厚度为2.5mm。

Claims (9)

1.一种铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末，其特征在于：用下列重量组份比的原料制成：纯铁粉44-54份、锰粉23-30份、硅粉7-13份、铬粉3-15份、镍粉1-13份、铌粉0.5-1.5份、碳化钨粉4-16份、氧化钇粉0.1-5份。
2.一种如权利要求1所述的铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末的制备方法，其特征在于：按照重量组份比称取各种原料粉末并混合，投入至球磨机的不锈钢球磨罐中，使用不锈钢球为球磨介质，采用无水乙醇为研磨介质进行球磨，球磨后的粉末经真空干燥处理，即得激光熔覆涂层粉末。
3.根据权利要求2所述的铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末的制备方法，其特征在于：不锈钢球、混合粉末与无水乙醇的质量比为：3～6：1：1。
4.根据权利要求2所述的铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末的制备方法，其特征在于：球磨时间为5～10h。
5.根据权利要求2所述的铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末的制备方法，其特征在于：球磨时的球磨机转速为：100-200r/min。
6.根据权利要求2所述的铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末的制备方法，其特征在于：球磨后的粉末在120℃的真空条件下，干燥3h后即得激光熔覆涂层粉末。
7.一种如权利要求1所述的铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末的使用方法，其特征在于：所得粉末利用光纤激光器进行预置法激光熔覆即得涂层。
8.根据权利要求7所述的铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末的使用方法，其特征在于：所述光纤激光器选用6KW光纤激光器。
9.根据权利要求7所述的铁基记忆合金激光熔覆复合涂层粉末的使用方法，其特征在于：激光熔覆过程中，激光功率为3.5～4.5kW，激光扫描速度V=4～10mm/s，激光光斑直径d=4～6mm，搭接率为40～60%，铺粉厚度为1.5～2.5mm。
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