CN108707892A - 一种TiCo基激光熔覆合金涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种TiCo基激光熔覆合金涂层及其制备方法，属于激光表面改性技术领域；所述TiCo基激光熔覆合金涂层的熔覆粉末及其质量分数为：Ti 42%~48%、W 5%~9%、Cr 4%~8%、C 3%~7%、B 1%~4%、Co 24~45%；激光熔覆涂层的制备包括基材选择、粉末配比、预处理、激光熔覆、后处理等工序，通过适当的粉末配比以及合理的工艺参数，制备出熔覆涂层，通过对涂层的性能进行测试，涂层的硬度和耐磨性能均比基材得到大幅提升。
Description
技术领域
本发明公开一种TiCo基激光熔覆合金涂层及其制备方法，属于激光表面改性技术领域。
背景技术
在现代工业中，为了满足矿山机械、冲压模具等高载荷服役条件的要求；涂层除要求具有较好的耐磨及耐蚀性能外，还要求涂层具有稳定的结构以及与基材具有良好的结合力。钢具有较高的强度及切削加工性等优点，但同时也因其耐磨性不足等原因阻碍了钢材的大范围使用和推广；对于提高其耐磨性能，得到综合性能良好的涂层材料使现在研究的重点，提高钢材的耐磨性能主要考虑表面合金化及涂层防护。
发明内容
本发明目的在于提供一种TiCo基激光熔覆合金涂层，熔覆粉末级其质量分数如下：Ti 42%~48%、W 5%~9%、Cr 4%~8%、C 3%~7%、B 1%~4%、Co 24~45%。
本发明所述TiCo基激光熔覆合金涂层的方法，具体包括以下步骤：
(1)将熔覆粉末混合后进行球磨、干燥得到混合均匀的熔覆粉末；
(2)对钢基材进行预处理：表面打磨、去污、干燥后备用；
(3)将步骤(1)得到的熔覆粉末在步骤（2）预处理后的钢基材表面制成条状预置层（尺寸为60mm×5mm×1mm），经激光熔覆设备把钢基材表层与预置层同时熔融，凝固后形成合金涂层。
本发明步骤（1）中球磨后的熔覆粉末粒度为100~200目。
本发明所述激光熔覆的工艺参数为：光斑直径为3~5mm，保护气体为Ar，Ar流速为10~20L/h，激光功率为3~6kW，扫描速度为300~400mm/min。
本发明的有益效果：
(1)本发明所述制备得到的TiCo基激光熔覆合金涂层宏观外貌良好、涂层均匀光滑、内部缺陷少、硬度高，具有良好的耐磨性能，且与基材具有良好的结合，对产生无裂纹的激光熔覆涂层具有良好的参考作用；
(2)本发明它通过激光熔覆工艺得到稀释率较低的熔覆层，并且对用于激光熔覆的材料选择范围广；
(3)本发明采用的材料Ti、W、Cr、C、B，在激光熔覆过程中可生成硬质相，从而明显提高涂层硬度；
(4)本发明通过模具将熔覆粉末预置于基材表面，可明显提高熔覆效率。
附图说明
图1为实施例1熔覆层金相组织；
图2为实施例2熔覆层金相组织；
图3为实施例1和实施例2熔覆层显微硬度；
图4为实施例1和实施例2熔覆层摩擦系数；
图5为实施例1和实施例2熔覆层磨损失重。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，本发明的保护范围不限于所述内容
本发明实施例所用原料Ti、W、Cr、C、B 和Co的纯度均为99.9%，基体材料钢的化学成分如表所示：
表1钢基材化学成分
。
实施例1
本实施例耐磨部件表面改性材料由Ti、W、Cr、C、B 和Co组成，具体的，熔覆粉末质量分数如下：Ti43%、W5%、Cr6%、C7%、B2%、Co37%。
本实施例所述TiCo基激光熔覆合金涂层的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）将熔覆粉末混合后进行球磨（120目）、干燥得到混合均匀的熔覆粉末；
（2）对钢基材进行预处理：表面打磨、去污、干燥后备用；
（3）将步骤（1）得到的熔覆粉末在步骤（2）预处理后的钢基材表面制成条状预置层（尺寸为60mm×5mm×1mm），经激光熔覆设备把钢基材表层与预置层同时熔融，凝固后形成合金涂层，其中激光熔覆的工艺参数为光斑直径3mm，保护气体为Ar，Ar流速为15L/h，激光功率为4kW，扫描速度为350mm/min。
对于熔覆后的纵向涂层采用王水溶液进行腐蚀，得到金相图片如图1所示；采用HVS-1000A型显微硬度计，压力保持15s，测量涂层和基材的显微硬度，结果如图3所示，MMU-5G断面摩擦磨损试验机，载荷100N，转速100r/min，加载30min，测摩擦系数，结果见图4；超声波清洗并吹干后用0.1mg电子天平测量并计算磨损失重，结果见图5。
实施例2
本实施例耐磨部件表面改性材料由Ti、W、Cr、C、B 和Co组成，具体的，熔覆粉末质量分数如下：Ti42%、W7%、Cr4%、C 5%、B4%、Co38%。
本实施例所述TiCo基激光熔覆合金涂层的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）将熔覆粉末混合后进行球磨（180目）、干燥得到混合均匀的熔覆粉末；
（2）对钢基材进行预处理：表面打磨、去污、干燥后备用；
（3）将步骤（1）得到的熔覆粉末在步骤（2）预处理后的钢基材表面制成条状预置层（尺寸为60mm×5mm×1mm），经激光熔覆设备把钢基材表层与预置层同时熔融，凝固后形成合金涂层，其中激光熔覆的工艺参数为光斑直径3mm，保护气体为Ar，Ar流速为17L/h，激光功率为4.5kW，扫描速度为390mm/min。
对于熔覆后的纵向涂层采用王水溶液进行腐蚀，得到金相图片如图2所示，采用HVS-1000A型显微硬度计，压力保持15s，测量涂层和基材的显微硬度，数据如图3所示，MMU-5G断面摩擦磨损试验机，载荷100N，转速100r/min，加载30min，测摩擦系数，结果见图4；超声波清洗并吹干后用0.1mg电子天平测量并计算磨损失重，结果见图5。
由图1、2可以看出，实施例1、2制备的材料涂层的气孔含量都不明显，且实施例1、2中涂层的显微组织近似。
由图3可以看出，实施例1、2制备的涂层显微硬度得到明显途胜，从涂层区到结合去，再到基材区的显微硬度值越来越小，并且表面硬度约为基材的3被左右。
由图4可以看出，实施例1、2制备的涂层摩擦系数相比基材都有一定的提高。
由图5可以看出，实施例1、2制备的涂层耐磨性能相对基材而言都大幅提高，且两涂层的耐磨性相当。
实施例3
本实施例耐磨部件表面改性材料由Ti、W、Cr、C、B 和Co组成，具体的，熔覆粉末质量分数如下：Ti 47%、W9%、Cr8%、C3%、B1%、Co32%；本实施例所述TiCo基激光熔覆合金涂层的制备方法同实施例2，制备的涂层的性能与实施例1、2相似。
Claims (3)
1.一种TiCo基激光熔覆合金涂层，其特征在于，熔覆粉末及其质量分数为：Ti42%~48%、W5%~9%、Cr4%~8%、C3%~7%、B 1%~4%、Co24~45%。
2.权利要求1所述TiCo基激光熔覆合金涂层的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）将熔覆粉末混合后进行球磨、干燥得到混合均匀的熔覆粉末；
（2）对钢基材进行预处理：表面打磨、去污、干燥后备用；
（3）将步骤（1）得到的熔覆粉末在步骤（2）预处理后的钢基材表面制成条状预置层，经激光熔覆设备把钢基材表层与预置层同时熔融，凝固后形成合金涂层。
3.根据权利要求2所述TiCo基激光熔覆合金涂层的制备方法，其特征在于，激光熔覆工艺条件为光斑直径为3~5mm，保护气体为Ar，Ar流速为10~20L/h，激光功率为3~6kW，扫描速度为300~400mm/min。
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