CN110205625A - 激光快速重熔强化(Ti,Nb)C/Ni复合涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
激光快速重熔强化(Ti,Nb)C/Ni复合涂层及其制备方法,属于表面处理技术领域。制备步骤为:首先将汽车模具钢Cr12MoV表面用角磨机和酒精清洗干净,熔覆用合金粉末按照化学成分配比放入球磨机混合2h后,再在70‑90℃中干燥,采用同轴送粉方式,在基材表面制备(Ti,Nb)C/Ni复合涂层,然后再以10‑30mm/s速度对涂层表面进行激光重熔,重熔区组织主要呈现等轴晶形态,硬度明显提高,显著提高了模具钢表面的耐磨性。
Description
技术领域
本发明涉及激光熔覆技术,具体涉及激光快速重熔强化(Ti,Nb)C/Ni复合涂层及其制备方法,属于表面处理技术领域。
背景技术
近年来,无论是传统汽车还是新能源汽车,都迫切需要轻量化设计,以实现能源经济性和环境保护的长期目标。其中,由于车身结构占整车重量的30%左右,车身结构的轻量化在降低整车重量方面起着相当重要的作用。采用高强度钢板代替传统的低碳钢,不仅实现了汽车轻量化,也提高了车身部件的碰撞吸收能力和耐塑性变形能力。但是,高强度钢板的应用使汽车模具的磨损更加严重,也大大降低了模具的寿命。
激光熔覆作为一种很有发展前途的表面改性技术,与热喷涂、等离子喷涂和电弧焊等传统技术相比,具有较多优势,如;冶金结合、稀释率小、高硬度、良好的耐磨性和优异的热稳定性,广泛应用于汽车模具修复、航空航天、电子、机械等领域。
近年来,由于过渡金属碳化物的高熔点、高硬度、耐磨耐腐蚀及低密度等特点被广泛作为强化相与激光熔覆结合起来,使得到的涂层不仅具有强化相的高耐磨性、高模量,而且具有金属基体材料的高强度和高韧性,显著提高了材料的力学性能。
研究显示:虽然激光熔覆的冷却速率较快,但随着熔覆过程的进行,涂层中的热阻增大,基材吸收熔池中的热量增多,温度不断上升,从而导致凝固速率减慢。较慢的凝固冷却速率会使显微组织粗化、合金元素发生偏析或析出非平衡相,不利于部件性能的提高。
本发明通过在涂层表面进行激光快速重熔,使得涂层表面熔化后由于基体材料的激冷作用而快速冷却凝固,提高涂层的表面硬度,改变溶质的再分配过程,使涂层中元素的偏析行为得到较大改善,延长模具寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:通过改变激光熔覆粉末和熔覆工艺参数,获得基体硬度高,对强化相(Ti,Nb)C有良好支撑作用的镍合金基体,获得(Ti,Nb)C/Ni复合涂层。此外,针对由于熔覆过程中的热积累产生的组织粗化和元素偏析等问题,提出通过激光快速重熔强化(Ti,Nb)C/Ni复合涂层,从而解决汽车模具钢表面强化问题。
本发明可以通过以下措施来实现:
(1)基材预处理
将汽车模具钢Cr12MoV表面用角磨机和酒精清洗干净,得到平整光洁的表面;
(2)激光熔覆
将按照化学成分配比的合金粉末A、Cr3C2粉末和CeO2粉末放入球磨机混合2h后,在70-90℃保温120-150分钟,然后采用同轴送粉方式,在步骤(1)汽车模具钢Cr12MoV基材表面采用激光熔覆方法制备一层(Ti,Nb)C/Ni复合涂层,(Ti,Nb)C/Ni复合涂层厚度为4.5-5.0mm。
(3)对制备的(Ti,Nb)C/Ni复合涂层进行激光快速重熔。对于在Cr12MoV基材表面制备的(Ti,Nb)C/Ni涂层,沿轴心线方向进行激光重熔,重熔参数为:激光重熔功率2000W、扫描速度10mm/s~30mm/s,氩气流量:15L/min。
作为对本发明的限定,本发明所述的制备涂层所用合金粉末A尺寸范围为85-105μm,合金粉末A化学组成及质量分数为:2.17-2.45%C,2.23-2.50%Si,1.46-1.65%B,20.87-21.45%Cr,4.08-4.36%Fe,4.35-4.54%Nb,2.11-2.49%Ti,余量:Ni;CeO2粉末加入量占合金粉末A质量分数的1.95-2.17%,Cr3C2粉末加入量占合金粉末A质量分数的3.22-3.35%;Cr3C2粉末、CeO2粉末的尺寸分别为50-65μm、30-45μm.
本发明步骤(2)所述的激光工艺参数为:激光功率为2000-2500W,激光扫描速度为4-5.5mm/s,光斑直径:5×5mm,送粉率为15-18g/min,整个熔覆过程采用高纯Ar气保护,保护气流量为12-15L/min,获得(Ti,Nb)C/Ni复合涂层。
采用上述方案后,本发明取得的有益效果是:重熔区(Ti,Nb)C颗粒数量减少,且尺寸减小,显微组织形貌明显均匀化,γ-Ni基体中固溶的Cr,Ti,Nb等元素增加,从而使涂层的硬度显著提高。本发明的激光快速重熔强化(Ti,Nb)C/Ni复合涂层制备工艺简单、操作方便,且熔覆不需要在真空条件下进行,工件尺寸不受限制,可用于复杂汽车模具的表面修复。
附图说明
图1为实施例1获得的显微组织图片。
具体实施方式
本发明将就以下实施例作进一步说明,但本发明并不限于以下实施例。
实施例1:
(1)基材预处理
将汽车模具钢Cr12MoV表面用角磨机和酒精清洗干净,得到平整光洁的表面;
(2)激光熔覆
将按照化学成分配比的合金粉末A、Cr3C2粉末和CeO2粉末放入球磨机混合2h后,在70℃保温150分钟,然后采用同轴送粉方式,在汽车模具钢Cr12MoV基材表面采用激光熔覆方法制备(Ti,Nb)C/Ni复合涂层,(Ti,Nb)C/Ni复合涂层厚度为4.5-4.6mm。
作为对本发明的限定,本发明所述的制备涂层所用合金粉末A尺寸范围为85-105μm,合金粉末A化学组成及质量分数为:2.33%C,2.38%Si,1.51%B,20.95%Cr,4.28%Fe,4.40%Nb,2.34%Ti,余量:Ni;CeO2粉末加入量占合金粉末A质量分数的1.98%,Cr3C2粉末加入量占合金粉末A质量分数的3.29%;Cr3C2粉末、CeO2粉末的尺寸分别为50-65μm、30-45μm;本发明所述的激光工艺参数为:激光功率为2200W,激光扫描速度为5mm/s,光斑直径:5×5mm,送粉率为17g/min,整个熔覆过程采用高纯Ar气保护,保护气流量为14L/min,获得(Ti,Nb)C/Ni复合涂层;对于在Cr12MoV基材表面制备的(Ti,Nb)C/Ni涂层,沿轴心线方向进行激光重熔,重熔参数为:激光重熔功率2000W、扫描速度10mm/s,氩气流量:15L/min;该涂层γ-Ni基体的纳米硬度从514.28Hv提高至550.91Hv,组织开始向等轴晶形态转变,如图1所示,具有优异的耐磨性。
实施例2:
(1)基材预处理
将汽车模具钢Cr12MoV表面用角磨机和酒精清洗干净,得到平整光洁的表面;
(2)激光熔覆
将按照化学成分配比的合金粉末A、Cr3C2粉末和CeO2粉末放入球磨机混合2h后,在90℃保温120分钟,然后采用同轴送粉方式,在汽车模具钢Cr12MoV基材表面采用激光熔覆方法制备(Ti,Nb)C/Ni复合涂层,(Ti,Nb)C/Ni复合涂层厚度为4.9-5.0mm。
作为对本发明的限定,本发明所述的制备涂层所用合金粉末A尺寸范围为85-105μm,合金粉末A化学组成及质量分数为:2.45%C,2.23%Si,1.65%B,20.87%Cr,4.36%Fe,4.35%Nb,2.49%Ti,余量:Ni;CeO2粉末加入量占合金粉末A质量分数的2.17%,Cr3C2粉末加入量占合金粉末A质量分数的3.22%;Cr3C2粉末、CeO2粉末的尺寸分别为50-65μm、30-45μm;本发明所述的激光工艺参数为:激光功率为2500W,激光扫描速度为5.5mm/s,光斑直径:5×5mm,送粉率为18g/min,整个熔覆过程采用高纯Ar气保护,保护气流量为15L/min,获得(Ti,Nb)C/Ni复合涂层;对于在Cr12MoV基材表面制备的(Ti,Nb)C/Ni涂层,沿轴心线方向进行激光重熔,重熔参数为:激光重熔功率2000W、扫描速度20mm/s,氩气流量:15L/min;该涂层γ-Ni基体的纳米硬度达到581.63Hv,组织也呈现出等轴晶形态,具有优异的耐磨性。
实施例3:
(1)基材预处理
将汽车模具钢Cr12MoV表面用角磨机和酒精清洗干净,得到平整光洁的表面;
(2)激光熔覆
将按照化学成分配比的合金粉末A、Cr3C2粉末和CeO2粉末放入球磨机混合2h后,在80℃保温130分钟,然后采用同轴送粉方式,在汽车模具钢Cr12MoV基材表面采用激光熔覆方法制备(Ti,Nb)C/Ni复合涂层,(Ti,Nb)C/Ni复合涂层厚度为4.7-4.8mm。
作为对本发明的限定,本发明所述的制备涂层所用合金粉末A尺寸范围为85-105μm,合金粉末A化学组成及质量分数为:2.17%C,2.50%Si,1.46%B,21.45%Cr,4.08%Fe,4.54%Nb,2.11%Ti,余量:Ni;CeO2粉末加入量占合金粉末质量分数的1.95%,Cr3C2粉末加入量占合金粉末A质量分数的3.35%;Cr3C2粉末、CeO2粉末的尺寸分别为50-65μm、30-45μm;本发明所述的激光工艺参数为:激光功率为2000W,激光扫描速度为4mm/s,光斑直径:5×5mm,送粉率为15g/min,整个熔覆过程采用高纯Ar气保护,保护气流量为12L/min,获得(Ti,Nb)C/Ni复合涂层;对于在Cr12MoV基材表面制备的(Ti,Nb)C/Ni涂层,沿轴心线方向进行激光重熔,重熔参数为:激光重熔功率2000W、扫描速度30mm/s,氩气流量:15L/min;该涂层γ-Ni基体的纳米硬度达到596.82Hv,显微组织中等轴晶尺寸小,具有优异的耐磨性。
本发明的重熔区组织主要呈现出等轴晶,涂层元素无偏析,组织明显细化,涂层硬度得到较大提高,使得模具钢表面的力学性能和耐磨性显著提高。
以本发明的几项实施例为启示,并通过本文的说明内容,工作人员可以在本项发明技术范围内进行变更以及修改。本发明技术性范围不局限于说明书上的内容,要根据权利要求范围确定技术性范围。
Claims (7)
1.激光快速重熔强化(Ti,Nb)C/Ni复合涂层的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)基材预处理
将汽车模具钢Cr12MoV表面用角磨机和酒精清洗干净,得到平整光洁的表面;
(2)激光熔覆
将按照化学成分配比的合金粉末A、Cr3C2粉末和CeO2粉末放入球磨机混合2h后,在70-90℃保温120-150分钟,然后采用同轴送粉方式,在步骤(1)汽车模具钢Cr12MoV基材表面采用激光熔覆方法制备一层(Ti,Nb)C/Ni复合涂层,(Ti,Nb)C/Ni复合涂层厚度为4.5-5.0mm;
(3)对制备的(Ti,Nb)C/Ni复合涂层进行激光快速重熔。
2.按照权利要求1所述的激光快速重熔强化(Ti,Nb)C/Ni复合涂层的制备方法,其特征在于,步骤(3)对于在Cr12MoV基材表面制备的(Ti,Nb)C/Ni涂层,沿轴心线方向进行激光重熔,重熔参数为:激光重熔功率2000W、扫描速度10mm/s~30mm/s,氩气流量:15L/min。
3.按照权利要求1所述的激光快速重熔强化(Ti,Nb)C/Ni复合涂层的制备方法,其特征在于,合金粉末A尺寸范围为85-105μm,合金粉末A化学组成及质量分数为:2.17-2.45%C,2.23-2.50%Si,1.46-1.65%B,20.87-21.45%Cr,4.08-4.36%Fe,4.35-4.54%Nb,2.11-2.49%Ti,余量:Ni。
4.按照权利要求1所述的激光快速重熔强化(Ti,Nb)C/Ni复合涂层的制备方法,其特征在于,CeO2粉末加入量占合金粉末A质量分数的1.95-2.17%,Cr3C2粉末加入量占合金粉末A质量分数的3.22-3.35%;Cr3C2粉末、CeO2粉末的尺寸分别为50-65μm、30-45μm。
5.按照权利要求1所述的激光快速重熔强化(Ti,Nb)C/Ni复合涂层的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述的激光工艺参数为:激光功率为2000-2500W,激光扫描速度为4-5.5mm/s,光斑直径:5×5mm,送粉率为15-18g/min,整个熔覆过程采用高纯Ar气保护,保护气流量为12-15L/min,获得(Ti,Nb)C/Ni复合涂层。
6.按照权利要求1所述的激光快速重熔强化(Ti,Nb)C/Ni复合涂层的制备方法,其特征在于,重熔区组织主要呈现出等轴晶。
7.按照权利要求1-6任一项所述的方法制备得到的激光快速重熔强化(Ti,Nb)C/Ni复合涂层。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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