CN108707894A

CN108707894A - 一种激光熔覆自润滑耐磨钴基合金所用粉料及工艺方法

Info

Publication number: CN108707894A
Application number: CN201810590935.8A
Authority: CN
Inventors: 张春华; 李响; 张松; 赵超越; 徐韵华; 张瀚方
Original assignee: Shenyang University of Technology
Current assignee: Shenyang University of Technology
Priority date: 2018-06-09
Filing date: 2018-06-09
Publication date: 2018-10-26
Anticipated expiration: 2038-06-09
Also published as: CN108707894B

Abstract

本发明提供了一种激光熔覆自润滑耐磨钴基合金所用粉料及工艺方法，包括钴基合金粉料和Ti₃SiC₂粉料，钴基合金粉料按重量百分比为C：0.2‑0.25%，Cr：23.0‑26.0%，Ni：2.0‑2.5%，Si：0.50‑1.0%，Mo：4‑5.5%，Mn：0.55‑0.65%，其余为Co；钴基合金粉料：85‑95%，Ti₃SiC₂粉料：5.0‑15.00%。采用激光熔覆技术，利用CO₂激光器进行激熔覆制备新型自润滑耐磨钴基合金熔覆层，制得的钴基合金熔覆层显微组织均匀，与低合金钢结合良好，且具备表面强度硬度高耐磨损性能优异的特点，为激光熔覆制备自润滑耐磨钴基合金熔覆层提供一种新型粉料和相应的工艺方法，可广泛应用于冶金行业轧辊的激光制备及再制备。

Description

一种激光熔覆自润滑耐磨钴基合金所用粉料及工艺方法

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，具体涉及一种适用于轧辊、轴套等重要消耗部件表面的防护及再制备领域中的低合金钢表面自润滑耐磨损激光熔覆钴基合金熔覆层所用粉料及熔覆层制备工艺方法。

背景技术

冶金热轧辊是钢铁企业轧钢设备上的重要部件，轧辊质量的好坏、使用寿命的长短直接影响轧机的生产效率和所轧制产品的质量。由于热轧辊在服役过程中，与温度高达1000-1100℃的红热钢材直接接触，并且受到室温冷水的强制冷却，在这种热力交变的环境下服役一段时间之后，轧辊会表现出如下的失效形式：由于热疲劳而引起的表面热龟裂、辊身表面发生磨损、氧化等现象，进而导致轧辊报废。据统计：因磨损和氧化剥落而失效的热轧辊占报废辊总量的75%左右。我国轧辊材料供应不足、价格较高，一旦轧辊失效，更换新辊和拆卸修复将导致整个生产线停止工作，造成巨大的材料浪费和经济损失。对于因磨损而失效的轧辊，传统的修复工艺是采用车削或磨削方式修正辊型，这种方式对提高热轧辊的使用寿命意义不大。由于热轧辊实际有效工作面只是轧辊表层几毫米或几厘米区域，其它大部分只起到支撑和配重的作用，因此现代工艺则多采用表面强化技术对热轧辊进行修复或制备。当前热轧辊的表面修复与强化技术主要包括轧辊表面的感应加热淬火、堆焊、热喷涂、热喷焊和激光表面熔覆技术等。然而，感应加热淬火技术仅限于表层一定深度内，对辊面的表面强化程度有限，且不能保证所有淬火面均能获得均匀的淬火层。堆焊修复技术工艺复杂，生产率低，热输入较大，热轧辊在堆焊时容易产生裂纹、夹渣、焊瘤和脱落现象。热喷涂修复技术的效率和材料利用率低，修复表面易存在孔隙和残余应力，韧性和切削加工性较差，修复层与热轧辊的结合强度不佳。热喷焊修复技术要求热喷焊材料必须与热轧辊材料相匹配，应用范围窄，且在修复过程中易发生变形。

相比于现有技术，激光表面改性技术则规避了现有技术的多种不足，特别是激光熔覆技术，采用激光辐照同步送粉合金粉料熔化与基体表面微熔而后迅速凝固，得到成分与涂层基本一致的高性能熔覆层。

发明内容

发明目的：

本发明的目的是提供一种激光熔覆自润滑耐磨钴基合金所用粉料和激光熔覆技术，在低合金轧辊用钢表面制备耐磨钴基合金熔覆层的方法。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种激光熔覆自润滑耐磨钴基合金所用粉料，其特征在于：包括钴基合金粉料和Ti₃SiC₂粉料，钴基合金粉料按重量百分比为C：0.2-0.25%，Cr：23.0-26.0%，Ni：2.0-2.5%，Si：0.50-1.0%，Mo：4-5.5%，Mn：0.55-0.65%，其余为Co；钴基合金粉料：85-95%，Ti₃SiC₂粉料：5.0-15.00%。

所述钴基合金粉料和Ti₃SiC₂粉料的纯度不低于99.9％，且钴基合金粉料和Ti₃SiC₂粉料的粒度在80目-270目之间。

一种使用如所述的激光熔覆自润滑耐磨钴基合金所用粉料制备新型自润滑耐磨钴基合金熔覆层的方法，其特征在于：

制备方法步骤如下：

1) 将上述成分新型钴基合金的钴基合金粉料经过真空熔炼、气雾化和筛分工序，制得球形钴基合金粉末；将球形钴基合金粉末与上述Ti₃SiC₂粉末共同置于球磨机中，利用真空泵对球磨机进行抽真空处理，当真空度达到－0.05MPa以下后，充入惰性气体，当球磨室内外压力一致后停止注入惰性气体并进行球磨，球磨持续时间为5-8小时，然后将混合均匀的粉料置于真空干燥箱中经80-120℃烘干8-10小时；

2) 将铁基合金基材表面用60^#-500^#砂纸打磨、用丙酮清洗铁基合金基材以去除油污和其他污染物，在真空干燥箱中经80-120℃烘干3-5小时；

3) 将步骤1烘干后所得的钴基合金粉料利用同轴送粉的方式采用波长为1060±10nm的CO₂激光加工系统辐照后在铁基合金基板上进行多次激光辐照熔覆处理；所输送的粉末流进料方向与激光束辐照方向相同且呈70度锐角夹角，激光器输出功率为2.8-3.2kW，扫描速度为8-12mm/s，送粉速度为18-22g/min，光斑直径为3.5-4.5mm，搭接率为45-55％，保护惰性气体流量为800-900L/h，在低合金钢表面获得厚度为1.2-1.5mm以γ-Co为基体的耐磨钴基合金熔覆层。

所述钴基合金粉料在步骤3经过激光辐照之后，熔化的钴基合金粉料在微熔的铁基合金钢基材表面形成液态熔池，熔池温度为1450-1550℃，熔池存在的时间约为0.83-0.97秒，形成的钴基合金熔覆层的稀释率为8-15%。

所述Ti₃SiC₂粉末为采用固液相反应法制得的粉末。

所述步骤1中烘干后所得的钴基合金粉料，其流动性≤16s/45g。

所述步骤1中烘干后所得的钴基合金粉料的松装密度≥4.25g /cm³。

优点及效果：

本发明涉及轧辊用低合金钢表面制备自润滑耐磨激光熔覆钴基合金熔覆层所用粉料及其制备工艺，具有如下优点：

本发明的粉料通过激光熔覆技术在铁基合金表面制备自润滑耐磨损钴基合金熔覆层，可以应用在热轧辊激光再制造或激光制备领域，制备的钴基合金熔覆层成型性好，无裂纹和气孔等缺陷，组织均匀，与基材形成了良好的冶金结合。所制备的钴基合金熔覆层显微硬度高，自润滑耐磨损性能优异，抗高温氧化性能及耐高温性能良好，具有广阔的工程应用前景。同时，激光熔覆过程是快速熔凝过程，能够抑制晶粒长大，细化晶粒，使制备出的钴基合金组织均匀致密，机械性能良好，特别适用于对磨损性能要求较高、特定工况条件下使用的需要，可以大大延长被修复部件的使用寿命。

熔覆层中加入的Ti₃SiC₂三元层状化合物在熔覆层的近表面形成减摩层，起到良好的自润滑作用。同时，在激光束辐照条件下，熔池内部分Ti₃SiC₂分解，原位形成了碳化物增强相，从而进一步提高覆层的硬度和耐磨损性能。粉料中富含的Co元素，使熔覆层具有优异的抗高温氧化性能和耐高温性能。

激光表面熔覆技术具有热输入少，工件变形小，可实现在线修复，粉末利用率高，熔覆层与基体材料呈冶金结合，粉末材料不受基体的限制，熔覆层硬度高等优点。

激光熔覆过程中，合金粉料直接影响着熔覆层质量和修复质量，所设计的自熔性合金粉末，在激光束作用下熔化时与基材具有良好的浸润性，有利于在基体材料表面均匀铺展，获得致密性、光滑、平整的熔覆层，并能提高熔覆层和基材表面的结合强度，利于进行激光成型。同时，由于钴基合金具有良好的高温抗氧化性能，可以提高被修复热轧辊抵抗高温氧化的能力。

附图说明：

图1是本发明实施例1的钴基合金熔覆层（Ti₃SiC₂= 5 wt %）截面界面处显微组织形貌；

图2是本发明实施例1的钴基合金熔覆层（Ti₃SiC₂= 5 wt %）截面中部显微组织形貌；

图3是本发明实施例2的钴基合金熔覆层（Ti₃SiC₂= 10 wt %）截面界面显微组织形貌；

图4是本发明实施例2的钴基合金熔覆层（Ti₃SiC₂= 10 wt %）截面中部显微组织形貌；

图5是本发明实施例3的钴基合金熔覆层（Ti₃SiC₂= 15 wt %）截面界面显微组织形貌；

图6是本发明实施例3的钴基合金熔覆层（Ti₃SiC₂= 15 wt %）截面中部显微组织形貌；

图7是本发明实施例1、2和3的钴基合金熔覆层（Ti₃SiC₂= 5 wt %、10 wt %、15 wt %）X-射线衍射谱；

图8是本发明实施例1、2和3的钴基合金熔覆层（5 wt %、10 wt %、15 wt %）及铁基合金基材的平均硬度图；

图9是本发明实施例1、2和3的钴基合金熔覆层（Ti₃SiC₂= 5 wt %、10 wt %、15 wt %）及铁基合金基材的平均摩擦系数与磨损体积图；

图10是本发明所用铁基合金基材的磨痕形貌；

图11是本发明实施例1的钴基合金熔覆层（Ti₃SiC₂= 5 wt %）表面磨痕形貌；

图12是本发明实施例2的钴基合金熔覆层（Ti₃SiC₂= 10 wt %）表面磨痕形貌；

图13是本发明实施例3的钴基合金熔覆层（Ti₃SiC₂= 15 wt %）表面磨痕形貌。

具体实施方式：

本发明提供一种用于低合金钢热轧辊材料表面激光熔覆自润滑耐磨钴基合金熔覆层所用粉料和制备工艺方法，采用激光熔覆技术，运用CO₂激光器将新型自润滑钴基合金粉料熔覆于铁基合金基材表面；制备出厚度为1.2-1.5mm以γ-Co为基体的耐磨钴基合金熔覆层。

一种激光熔覆自润滑耐磨钴基合金所用粉料，包括钴基合金粉料和Ti₃SiC₂粉料，钴基合金粉料按重量百分比为C：0.2-0.25%，Cr：23.0-26.0%，Ni：2.0-2.5%，Si：0.50-1.0%，Mo：4-5.5%，Mn：0.55-0.65%，其余为Co；钴基合金粉料：85-95%，Ti₃SiC₂粉料：5.0-15.00%。钴基合金粉料和Ti₃SiC₂粉料的纯度不低于99.9％，且钴基合金粉料和Ti₃SiC₂粉料的粒度在80目-270目之间。

一种使用如所述的激光熔覆自润滑耐磨钴基合金所用粉料制备新型自润滑耐磨钴基合金熔覆层的方法，制备方法步骤如下：

1) 将上述成分新型钴基合金的钴基合金粉料经过真空熔炼、气雾化和筛分工序，制得球形钴基合金粉末；将球形钴基合金粉末与Ti₃SiC₂粉末为采用固液相反应法制得的粉末共同置于球磨机中，利用真空泵对球磨机进行抽真空处理，当真空度达到－0.05MPa以下后，充入惰性气体，当球磨室内外压力一致后停止注入惰性气体并进行球磨，球磨持续时间为5-8小时，然后将混合均匀的粉料置于真空干燥箱中经80-120℃烘干8-10小时；烘干后所得的钴基合金粉料，其流动性≤16s/45g，松装密度≥4.25g /cm³；

3) 将步骤1烘干后所得的钴基合金粉料利用同轴送粉的方式采用波长为1060±10nm的CO₂激光加工系统辐照后在铁基合金基板上进行多次激光辐照熔覆处理；所输送的粉末流进料方向与激光束辐照方向相同且呈70度锐角夹角，激光器输出功率为2.8-3.2kW，扫描速度为8-12mm/s，送粉速度为18-22g/min，光斑直径为3.5-4.5mm，搭接率为45-55％，保护惰性气体氩气流量为800-900L/h，在低合金钢表面获得厚度为1.2-1.5mm以γ-Co为基体的耐磨钴基合金熔覆层。经过激光辐照之后，熔化的钴基合金粉料在微熔的铁基合金钢基材表面形成液态熔池，熔池温度为1450-1550℃，熔池存在的时间约为0.83-0.97秒，形成的钴基合金熔覆层的稀释率为8-15%。

制备出的自润滑钴基合金熔覆层无裂纹和气孔等缺陷，组织均匀，与基材的结合强度高。低合金钢表面的显微硬度、耐磨损性能、抗氧化性能及耐高温性能得到大幅提升。

采用MFT-4000多功能材料表面性能试验仪进行往复摩擦磨损试验评价合金熔覆层的耐磨损性能，采用球-盘点接触方式。线切割样块尺寸为10mm×10mm×10mm。样块依次经过600、1000、1500、2000号砂纸打磨，经机械抛光获得镜面表面，以排除氧化层以及表面粗糙度对摩擦磨损性能的影响。摩擦磨损试验在室温下进行，法向载荷10N；磨损时间30min；往复速度150mm/min；位移幅值7mm，上摩擦副为直径5mm的GCr15硬质合金球，下摩擦副为激光熔覆钴基合金熔覆层试样。试验过程中，平均摩擦系数由摩擦磨损试验机自动测得，磨损体积通过后续的白光干涉仪检测得出。

采用日立S-3400N型扫描电子显微镜及能谱仪观察钴基合金熔覆层显微组织形貌及样品磨损表面磨痕形貌。

以下结合实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。

实施例1

钴基合金粉料按重量百分比为C：0.2%，Cr：23%，Ni：2%，Si：0.5%，Mo：4%，Mn：0.55%，其余为Co；钴基合金粉料：95%，Ti₃SiC₂粉料：5.0%；粉料粒度在80目-270目之间。钴基合金粉料和Ti₃SiC₂粉料的纯度不低于99.9％，且钴基合金粉料和Ti₃SiC₂粉料的粒度在80目-270目之间。

使用上述的激光熔覆自润滑耐磨钴基合金所用粉料制备新型自润滑耐磨钴基合金熔覆层步骤如下：

1) 将真空气雾化法制得的球形钴基合金粉料与采用固液相反应法制得的Ti₃SiC₂粉料按重量百分比为钴基合金粉料95%， Ti₃SiC₂粉料5%进行配比并充分混合，共同置于球磨机中，利用真空泵对球磨机进行抽真空处理，当真空度达到－0.05MPa以下后，充入惰性气体，当球磨室内外压力一致后停止注入惰性气体并进行球磨，球磨持续时间为5小时，然后将混合均匀的粉料置于真空干燥箱中经80℃烘干10小时；烘干后所得的钴基合金粉料，其流动性≤16s/45g，松装密度≥4.25g /cm³；

2) 将铁基合金基材表面用60^#-500^#砂纸打磨、用丙酮清洗铁基合金基材以去除油污和其他污染物，在真空干燥箱中经80℃烘干5小时；

3) 将步骤1烘干后所得的钴基合金粉料利用同轴送粉的方式采用波长为1050nm的CO₂激光加工系统辐照后在铁基合金基板上进行多次激光辐照熔覆处理；所输送的粉末流进料方向与激光束辐照方向相同且呈70度锐角夹角，激光器输出功率为2.8kW，扫描速度为12mm/s，送粉速度为18g/min，光斑直径为3.5mm，搭接率为45％，保护惰性气体氩气流量为800L/h，在低合金钢表面获得厚度为1.2mm以γ-Co为基体的耐磨钴基合金熔覆层。经过激光辐照之后，熔化的钴基合金粉料在微熔的铁基合金钢基材表面形成液态熔池，熔池温度为1550℃，熔池存在的时间约为0.83秒，形成的钴基合金熔覆层的稀释率为15%。

实施例2

钴基合金粉料按重量百分比为C：0.22%，Cr：25%，Ni：2.3%，Si：0.75%，Mo：5%，Mn：0.6%，其余为Co；钴基合金粉料：90%，Ti₃SiC₂粉料：10%；粉料粒度在80目-270目之间。钴基合金粉料和Ti₃SiC₂粉料的纯度不低于99.9％，且钴基合金粉料和Ti₃SiC₂粉料的粒度在80目-270目之间。

1) 将真空气雾化法制得的球形钴基合金粉料与采用固液相反应法制得的Ti₃SiC₂粉料按重量百分比为钴基合金粉料90%，Ti₃SiC₂粉料10%进行配比并充分混合，共同置于球磨机中，利用真空泵对球磨机进行抽真空处理，当真空度达到－0.05MPa以下后，充入惰性气体，当球磨室内外压力一致后停止注入惰性气体并进行球磨，球磨持续时间为8小时，然后将混合均匀的粉料置于真空干燥箱中经120℃烘干8小时；烘干后所得的钴基合金粉料，其流动性≤16s/45g，松装密度≥4.25g /cm³；

2) 将铁基合金基材表面用60^#-500^#砂纸打磨、用丙酮清洗铁基合金基材以去除油污和其他污染物，在真空干燥箱中经120℃烘干3小时；

3) 将步骤1烘干后所得的钴基合金粉料利用同轴送粉的方式采用波长为1070nm的CO₂激光加工系统辐照后在铁基合金基板上进行多次激光辐照熔覆处理；所输送的粉末流进料方向与激光束辐照方向相同且呈70度锐角夹角，激光器输出功率为3.2kW，扫描速度为8mm/s，送粉速度为22g/min，光斑直径为4.5mm，搭接率为55％，保护惰性气体氩气流量为900L/h，在低合金钢表面获得厚度为1.5mm以γ-Co为基体的耐磨钴基合金熔覆层。经过激光辐照之后，熔化的钴基合金粉料在微熔的铁基合金钢基材表面形成液态熔池，熔池温度为1450℃，熔池存在的时间约为0.97秒，形成的钴基合金熔覆层的稀释率为8%。

制备出的钴基合金熔覆层无裂纹和气孔等缺陷，组织均匀，与基材的结合强度高。低合金钢表面的显微硬度、耐磨损性能、抗氧化性能及耐高温性能得到大幅提升。

实施例3

钴基合金粉料按重量百分比为C：0.25%，Cr：26%，Ni：2.5%，Si：1%，Mo：5.5%，Mn：0.65%，其余为Co；钴基合金粉料：85%，Ti₃SiC₂粉料：15%；粉料粒度在80目-270目之间。钴基合金粉料和Ti₃SiC₂粉料的纯度不低于99.9％，且钴基合金粉料和Ti₃SiC₂粉料的粒度在80目-270目之间。

1) 将真空气雾化法制得的球形钴基合金粉料与采用固液相反应法制得的Ti₃SiC₂粉料按重量百分比为钴基合金粉料85%，Ti₃SiC₂粉料15%进行配比并充分混合，共同置于球磨机中，利用真空泵对球磨机进行抽真空处理，当真空度达到－0.05MPa以下后，充入惰性气体，当球磨室内外压力一致后停止注入惰性气体并进行球磨，球磨持续时间为6.5小时，然后将混合均匀的粉料置于真空干燥箱中经100℃烘干9小时；烘干后所得的钴基合金粉料，其流动性≤16s/45g，松装密度≥4.25g /cm³；

2) 将铁基合金基材表面用60^#-500^#砂纸打磨、用丙酮清洗铁基合金基材以去除油污和其他污染物，在真空干燥箱中经100℃烘干4小时；

3) 将步骤1烘干后所得的钴基合金粉料利用同轴送粉的方式采用波长为1060nm的CO₂激光加工系统辐照后在铁基合金基板上进行多次激光辐照熔覆处理；所输送的粉末流进料方向与激光束辐照方向相同且呈70度锐角夹角，激光器输出功率为3.0kW，扫描速度为10mm/s，送粉速度为20g/min，光斑直径为4mm，搭接率为50％，保护惰性气体氩气流量为850L/h，在低合金钢表面获得厚度为1.3mm以γ-Co为基体的耐磨钴基合金熔覆层。经过激光辐照之后，熔化的钴基合金粉料在微熔的铁基合金钢基材表面形成液态熔池，熔池温度为1500℃，熔池存在的时间约为0.9秒，形成的钴基合金熔覆层的稀释率为11%。

通过实施例说明，所制备的新型钴基合金熔覆层致密无裂纹和气孔等缺陷，避免了不同成分合金结合区易产生缺陷的问题，与低合金钢基形成了良好的冶金结合。新型钴基合金熔覆层中除含有原始添加的Ti₃SiC₂起到了良好的自润滑作用相以外，激光辐照原位形成了TiC及Cr₇C₃硬质增强相。发生的反应分别为：Ti + C = TiC；7Cr + 3C = Cr₇C₃。原位合成的弥散细小增强相分布在钴基合金熔覆层中，其具有较大的比表面积，在熔覆层凝固过程中提供了大量非均质形核核心，γ-Co基体依附于增强相颗粒物上形核长大，使组织细化。除此之外，熔覆层中大量的Cr元素固溶到γ-Co基体当中，使γ-Co基体产生晶格畸变，起到了固溶强化作用。多种强化作用相结合降低了钴基合金熔覆层的开裂敏感性，提高了钴基合金熔覆层的强度，从而改善熔覆层的耐磨损性能。基体相中富含Co元素使熔覆层可以长期暴露于高温工况条件下而不至氧化，使得熔覆层的耐高温和抗氧化性能得到大幅提升。

以下结合附图对本发明做进一步的说明：

图1和图2为钴基合金熔覆层（Ti₃SiC₂= 5 wt %）截面界面及中部的显微组织形貌；从图中可以看出新型耐磨铁钴基合金熔覆层与低合金钢基材结合良好，结合处均匀致密，无气孔裂纹等缺陷。熔覆层中部组织由树枝晶构成，有少量的自润滑及增强相颗粒的存在。

图3和图4为钴基合金熔覆层（Ti₃SiC₂= 10 wt %）截面界面及中部的显微组织形貌；从图中可以看出新型耐磨铁钴基合金熔覆层与低合金钢基材结合良好，结合处均匀致密，无气孔裂纹等缺陷。熔覆层中部组织由树枝晶构成，由于由于添加了Ti₃SiC₂材料的质量分数提高，组织中可以明显观察到有大量的Ti₃SiC₂及TiC增强相颗粒存在。增强相颗粒细小弥散、均匀分布在钴基合金熔覆层当中。在熔覆层冷却的过程中从而提供了大量非均质形核核心，从而显著细化了晶粒。

图5和图6为钴基合金熔覆层（Ti₃SiC₂= 15 wt %）截面界面及中部的显微组织形貌；从图中可以看出新型耐磨铁钴基合金熔覆层与低合金钢基材结合良好，结合处均匀致密，无气孔裂纹等缺陷。熔覆层中部组织由树枝晶构成，由于添加Ti₃SiC₂材料的质量分数进一步增大，在其界面组织中可以明显观察到大量球形Ti₃SiC₂和不规则形状的TiC增强颗粒。随着Ti₃SiC₂材料质量分数的增加，钴基合金熔覆层组织逐渐变细而后逐渐粗化。

图7为钴基合金熔覆层（Ti₃SiC₂ = 5 wt %、10 wt %、15 wt %）X-射线衍射谱；从图中可以看到，钴基合金熔覆层当中主要含有γ-Co相、Ti₃SiC₂相、Cr₇C₃相和TiC相。并且可以注意到，随着Ti₃SiC₂含量的升高，相应的TiC相衍射峰呈增强趋势，表明在熔覆层当中有更多的TiC相形成。

图8为钴基合金熔覆层（Ti₃SiC₂= 5 wt %、10 wt %、15 wt %）及铁基合金基材的平均显微硬度分布图。从图中可以看到，熔覆层平均显微硬度分别为507HV、563HV和595HV，平均显微硬度值至少是铁基合金基材的2.3倍。随着熔覆层中Ti₃SiC₂含量的升高，熔覆层的平均显微硬度值依次提高。这说明原位合成的TiC相对熔覆层硬度值影响较大。其含量越高，熔覆层显微硬度值也相应提高。

图9为钴基合金熔覆层（Ti₃SiC₂= 5 wt %、10 wt %、15 wt %）及铁基合金基材的平均摩擦系数与磨损体积分布图；熔覆层的平均摩擦系数随着Ti₃SiC₂百分含量的升高而逐渐降低，表明Ti₃SiC₂加入后，表明Ti₃SiC₂熔覆层在磨损过程中起到了显著的润滑作用，熔覆层的耐磨损性能较铁基合金基材提高了3.6-6.2倍。其中，钴基合金熔覆层（Ti₃SiC₂ = 10wt %）的磨损体积为5.2×10⁶μm³，表现出了优异的耐磨损性能。

图10、图11、图12和图13为铁基合金基材及钴基合金熔覆层（Ti₃SiC₂=5 wt %、10wt %、15 wt %）的磨损样品表面磨痕形貌；从图中可以观察到：铁基合金基材的磨损样品表面十分粗糙，表现出了严重的塑性变形和材料剥落的特征。此外，钴基合金熔覆层（Ti₃SiC₂= 5 wt %）在磨损过程中出现了较为严重的塑性变形和较深的犁沟，这是由于添加的Ti₃SiC₂材料较少，其摩擦磨损过程中的润滑作用有限，且原位自生的TiC增强相少，熔覆层的硬度较低。磨损较为严重。随着Ti₃SiC₂材料含量的增加，激光熔覆新型钴基合金耐磨熔覆层的磨损样品表面剥落坑明显变少，磨损样品表面趋于光滑，只有少量磨屑和轻微的犁沟存在，说明熔覆层的耐磨损性能得到了很大提升。但是，对于钴基合金熔覆层（Ti₃SiC₂= 15wt %）而言，虽然该熔覆层具有最高的硬度，但耐摩擦磨损性能开始恶化。由于存在许多大尺寸的TiC增强相，在往复磨损的过程中易发生脱落形成硬质磨粒，使熔覆层发生磨粒磨损。钴基合金熔覆层（Ti₃SiC₂= 10 wt %）具有最优异的耐磨损性能。

Claims

1.一种激光熔覆自润滑耐磨钴基合金所用粉料，其特征在于：包括钴基合金粉料和Ti₃SiC₂粉料，钴基合金粉料按重量百分比为C：0.2-0.25%，Cr：23.0-26.0%，Ni：2.0-2.5%，Si：0.50-1.0%，Mo：4-5.5%，Mn：0.55-0.65%，其余为Co；钴基合金粉料：85-95%，Ti₃SiC₂粉料：5.0-15.00%。

2.根据权利要求1所述的激光熔覆自润滑耐磨钴基合金所用粉料，其特征在于：所述钴基合金粉料和Ti₃SiC₂粉料的纯度不低于99.9％，且钴基合金粉料和Ti₃SiC₂粉料的粒度在80目-270目之间。

3.一种使用如权利要求1所述的激光熔覆自润滑耐磨钴基合金所用粉料制备新型自润滑耐磨钴基合金熔覆层的方法，其特征在于：

制备方法步骤如下：

1) 将权利要求1所述成分新型钴基合金的钴基合金粉料经过真空熔炼、气雾化和筛分工序，制得球形钴基合金粉末；将球形钴基合金粉末与权利要求1所述Ti₃SiC₂粉末共同置于球磨机中，利用真空泵对球磨机进行抽真空处理，当真空度达到－0.05MPa以下后，充入惰性气体，当球磨室内外压力一致后停止注入惰性气体并进行球磨，球磨持续时间为5-8小时，然后将混合均匀的粉料置于真空干燥箱中经80-120℃烘干8-10小时；

4.根据权利要求3所述的激光熔覆自润滑耐磨钴基合金所用粉料制备新型自润滑耐磨钴基合金熔覆层的方法，其特征在于：所述钴基合金粉料在步骤3经过激光辐照之后，熔化的钴基合金粉料在微熔的铁基合金钢基材表面形成液态熔池，熔池温度为1450-1550℃，熔池存在的时间约为0.83-0.97秒，形成的钴基合金熔覆层的稀释率为8-15%。

5.根据权利要求3所述的激光熔覆自润滑耐磨钴基合金所用粉料制备新型自润滑耐磨钴基合金熔覆层的方法，其特征在于：所述Ti₃SiC₂粉末为采用固液相反应法制得的粉末。

6.根据权利要求3所述的激光熔覆自润滑耐磨钴基合金所用粉料制备新型自润滑耐磨钴基合金熔覆层的方法，其特征在于：所述步骤1中烘干后所得的钴基合金粉料，其流动性≤16s/45g。

7. 根据权利要求3所述的激光熔覆自润滑耐磨钴基合金所用粉料制备新型自润滑耐磨钴基合金熔覆层的方法，其特征在于：所述步骤1中烘干后所得的钴基合金粉料的松装密度≥4.25g /cm³。