CN109252156A - 一种不锈钢刀具涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种不锈钢刀具涂层的制备方法，通过化学处理+特定气氛下的激光表面处理，改进不锈钢表面改性工艺，针对不锈钢成分匹配最适当的熔覆层合金陶瓷材料和工艺参数范围，使得最终的不锈钢刀具成品，不仅耐磨和耐腐蚀性能优异，微观组织致密，工艺成本可控，并且使用性能完全能够满足刀具商品的应用需求。

Description

一种不锈钢刀具涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及金属加工领域，具体的说，是一种不锈钢刀具涂层的制备方法。
背景技术
激光熔覆技术，是指在需要改进性能的材料表面上不同的添料方式放置合适的涂层材料，以激光作为热源使涂层和少量基体表面同时受热熔化形成熔池，液态熔池迅速凝固，得到与基体具有冶金结合的激光熔覆层，从而提高基材表面耐磨性、耐腐蚀性、耐高温和抗氧化性能。
激光熔覆技术作为一项高能束表面改性技术，通过在基体上熔覆金属基陶瓷材料，得到兼具金属材料韧性好、强度高和陶瓷材料硬度高，耐磨性好等优点的复合涂层，显著地改善工件表面的耐磨、耐蚀、耐热等性能，从而提高工件的使用寿命，具有巨大的经济效益和社会效益。李爱农等采用激光熔覆方法，在45钢表面制备出铁基-Cr3C2/MoS2耐磨减摩涂层，Cr3C2分解主要生成了Cr23C6硬质相，MoS2部分分解形成了CrS微粒与保留的MoS2显著改善了涂层的摩擦磨损性能。Jyotsna Duttamajumdar等在钛合金表面用激光熔覆技术熔覆Ti+2％B，生成的TiB2弥散分布在α-Ti基体中，涂层的硬度和杨氏模量都较基体明显增大。P.K.Farayibi等利用激光熔覆技术在钛合金表面采用同步送粉的方式熔覆了TC4-73wt％WC，熔覆层中TiC、W2C、β-Ti、TiC和W的存在提高了涂层的硬度值。崔岗等在45钢表面激光熔覆镍基WC合金涂层，在扫描速度为200mm/min时得到成型性及耐磨耐蚀性优良的熔覆层。
目前的现有技术中，对不锈钢板的激光熔覆表面改性技术还处于研发初期，存在着很多产品质量缺陷，例如，不锈钢成品的表面熔覆层有明显的裂纹、气孔等缺陷，熔覆层内部组织不够致密，以及表面光滑度难以满足要求等。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种不锈钢刀具涂层的制备方法，该方法可以提高不锈钢产品的涂层致密度，降低裂纹、气孔等缺陷，改善不锈钢产品的耐磨性能和耐腐蚀性能，能够满足不锈钢产品应用所需要的性能。
一种不锈钢刀具涂层的制备方法，包括以下步骤：
首先，配制含有Na2CO3 20～30g/L，NaHCO3 15～20g/L，氯化稀土0.5～1.5g/L的混合溶液，加热到80～95℃，将不锈钢刀具在所述混合溶液中浸渍3～5min进行化学处理，取出用水冲洗；
将化学处理后的不锈钢刀具放入浓盐酸溶液中进行活化处理3-5min，取出用水冲洗；
接着，将不锈钢刀具作为基体，在表面采用预制法预制厚度为0.1～1.0mm铜金属粉末层；
然后，在铜金属粉末层表面采用预置法预置厚度为2～4mm合金陶瓷混合粉末层，从而在所述基体表面形成涂层材料，所述合金陶瓷混合粉末中，合金成分包括为Cu、Al、Ti、W，陶瓷成分为Al2O3和SiO2的混合物；
最后，对所述基体表面的涂层材料进行激光熔覆，过程中通入氦气气氛，从而使不锈钢刀具表面形成复合材料涂层。
所述不锈钢刀具采用超级奥氏体不锈钢N08367。
所述合金陶瓷混合粉末中合金成分与陶瓷成分的质量比为(2～8):1。
所述铜金属粉末和合金陶瓷混合粉末均预先置于烘箱中120℃进行干燥预处理2h。
采用光纤激光器进行所述激光熔覆，激光器的激光功率为5kW～8kW，扫描速度为10～30mm/s。
采用氦气气氛的保护气罩形成保护气氛，进行所述激光熔覆步骤。
所述的合金陶瓷混合粉末的粒径为10～30nm。
与现有技术相比，本发明的优点是：通过化学处理+特定气氛下的激光表面处理，改进不锈钢表面改性工艺，针对不锈钢成分匹配最适当的熔覆层合金陶瓷材料和工艺参数范围，使得最终的不锈钢刀具成品，不仅耐磨和耐腐蚀性能优异，微观组织致密，工艺成本可控，并且使用性能完全能够满足刀具商品的应用需求。
具体实施方式
在切削加工的整个过程中，因为不锈钢刀具与切割品的磨擦会产生大量的刀屑，刀屑与不锈钢刀具有较大的接触面积，大量的刀屑与不锈钢刀具大面积接触会增大摩擦，因为力的作用，从而使温度增高，加大了切削工具的耗损度。
下面结合实施例和对比例对本专利进一步详细说明。
实施例1：
一种不锈钢刀具涂层的制备方法，包括以下步骤：
首先，配制含有Na2CO3 20g/L，NaHCO3 20g/L，氯化稀土0.5g/L的混合溶液，加热到80℃，将不锈钢刀具在所述混合溶液中浸渍3min进行化学处理，取出用水冲洗；
将化学处理后的不锈钢刀具放入浓盐酸溶液中进行活化处理5min，取出用水冲洗；
接着，将不锈钢刀具作为基体，在表面采用预制法预制厚度为1.0mm铜金属粉末层；
然后，在铜金属粉末层表面采用预置法预置厚度为2mm合金陶瓷混合粉末层，从而在所述基体表面形成涂层材料，所述合金陶瓷混合粉末中，合金成分包括为Cu、Al、Ti、W，陶瓷成分为Al2O3和SiO2的混合物；
最后，对所述基体表面的涂层材料进行激光熔覆，过程中通入氦气气氛，从而使不锈钢刀具表面形成复合材料涂层。
所述不锈钢刀具采用超级奥氏体不锈钢N08367。
所述合金陶瓷混合粉末中合金成分与陶瓷成分的质量比为2:1。
所述铜金属粉末和合金陶瓷混合粉末均预先置于烘箱中120℃进行干燥预处理2h。
采用光纤激光器进行所述激光熔覆，激光器的激光功率为5kW，扫描速度为10mm/s。
采用氦气气氛的保护气罩形成保护气氛，进行所述激光熔覆步骤。
所述的合金陶瓷混合粉末的粒径为10nm。
实施例2：
一种不锈钢刀具涂层的制备方法，包括以下步骤：
首先，配制含有Na2CO3 30g/L，NaHCO3 15g/L，氯化稀土1.5g/L的混合溶液，加热到95℃，将不锈钢刀具在所述混合溶液中浸渍5min进行化学处理，取出用水冲洗；
将化学处理后的不锈钢刀具放入浓盐酸溶液中进行活化处理5min，取出用水冲洗；
接着，将不锈钢刀具作为基体，在表面采用预制法预制厚度为0.1mm铜金属粉末层；
然后，在铜金属粉末层表面采用预置法预置厚度为4mm合金陶瓷混合粉末层，从而在所述基体表面形成涂层材料，所述合金陶瓷混合粉末中，合金成分包括为Cu、Al、Ti、W，陶瓷成分为Al2O3和SiO2的混合物；
最后，对所述基体表面的涂层材料进行激光熔覆，过程中通入氦气气氛，从而使不锈钢刀具表面形成复合材料涂层。
所述不锈钢刀具采用超级奥氏体不锈钢N08367。
所述合金陶瓷混合粉末中合金成分与陶瓷成分的质量比为4:1。
所述铜金属粉末和合金陶瓷混合粉末均预先置于烘箱中120℃进行干燥预处理2h。
采用光纤激光器进行所述激光熔覆，激光器的激光功率为6kW，扫描速度为20mm/s。
采用氦气气氛的保护气罩形成保护气氛，进行所述激光熔覆步骤。
所述的合金陶瓷混合粉末的粒径为20nm。
实施例3：
一种不锈钢刀具涂层的制备方法，包括以下步骤：
首先，配制含有Na2CO3 25g/L，NaHCO3 18g/L，氯化稀土1.2g/L的混合溶液，加热到90℃，将不锈钢刀具在所述混合溶液中浸渍4min进行化学处理，取出用水冲洗；
将化学处理后的不锈钢刀具放入浓盐酸溶液中进行活化处理4min，取出用水冲洗；
接着，将不锈钢刀具作为基体，在表面采用预制法预制厚度为0.5mm铜金属粉末层；
然后，在铜金属粉末层表面采用预置法预置厚度为3mm合金陶瓷混合粉末层，从而在所述基体表面形成涂层材料，所述合金陶瓷混合粉末中，合金成分包括为Cu、Al、Ti、W，陶瓷成分为Al2O3和SiO2的混合物；
最后，对所述基体表面的涂层材料进行激光熔覆，过程中通入氦气气氛，从而使不锈钢刀具表面形成复合材料涂层。
所述不锈钢刀具采用超级奥氏体不锈钢N08367。
所述合金陶瓷混合粉末中合金成分与陶瓷成分的质量比为6:1。
所述铜金属粉末和合金陶瓷混合粉末均预先置于烘箱中120℃进行干燥预处理2h。
采用光纤激光器进行所述激光熔覆，激光器的激光功率为8kW，扫描速度为25mm/s。
采用氦气气氛的保护气罩形成保护气氛，进行所述激光熔覆步骤。
所述的合金陶瓷混合粉末的粒径为20nm。
对比例1：
本发明的制造方法中，当改变涂层材料的元素选择时，即使激光熔覆工艺的步骤和参数范围维持不变，也将导致最终不锈钢刀具产品的耐磨性能。
对比例2：
当激光熔覆工艺的参数发生改变时，将导致熔覆层的微观结构变化，晶粒尺寸及微观组织不理想，增加孔洞等微观缺陷的产生，导致产品使用寿命下降。
由实施例1-3和对比例1和2可以看出，实验结果表明：通过化学处理+特定气氛下的激光表面处理，改进不锈钢表面改性工艺，针对不锈钢成分匹配最适当的熔覆层合金陶瓷材料和工艺参数范围，使得最终的不锈钢刀具成品，不仅耐磨和耐腐蚀性能优异，微观组织致密，工艺成本可控，并且使用性能完全能够满足刀具商品的应用需求。
尽管已经示出和描述了本专利的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本专利的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本专利的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种不锈钢刀具涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先，配制含有Na2CO3 20～30g/L，NaHCO3 15～20g/L，氯化稀土0.5～1.5g/L的混合溶液，加热到80～95℃，将不锈钢刀具在所述混合溶液中浸渍3～5min进行化学处理，取出用水冲洗；将化学处理后的不锈钢刀具放入浓盐酸溶液中进行活化处理3-5min，取出用水冲洗；
接着，将不锈钢刀具作为基体，在表面采用预制法预制厚度为0.1～1.0mm铜金属粉末层；
然后，在铜金属粉末层表面采用预置法预置厚度为2～4mm合金陶瓷混合粉末层，从而在所述基体表面形成涂层材料，所述合金陶瓷混合粉末中，合金成分包括为Cu、Al、Ti、W，陶瓷成分为Al2O3和SiO2的混合物；
最后，对所述基体表面的涂层材料进行激光熔覆，过程中通入氦气气氛，从而使不锈钢刀具表面形成复合材料涂层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述不锈钢刀具采用超级奥氏体不锈钢N08367。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述合金陶瓷混合粉末中合金成分与陶瓷成分的质量比为(2～8):1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜金属粉末和合金陶瓷混合粉末均预先置于烘箱中120℃进行干燥预处理2h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用光纤激光器进行所述激光熔覆，激光器的激光功率为5kW～8kW，扫描速度为10～30mm/s。
6.根据权利要求1至5所述的制备方法，其特征在于，采用氦气气氛的保护气罩形成保护气氛，进行所述激光熔覆步骤。
7.根据权利要求1至6所述的制备方法，其特征在于：所述的合金陶瓷混合粉末的粒径为10～30nm。
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