CN111549341A - 镍基激光熔覆粉末及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种镍基激光熔覆粉末,按质量百分比包括如下的组分:C:≤0.6%;Si:0.4%‑1.0%;Mn:1.0%‑5.0%;Cr:0.1%‑0.3%;Ni:13%‑23%;Cu:0.01%‑0.08%;余量为Fe及不可避免的杂质。本发明同时也提供了该镍基激光熔覆粉末的制备方法和用途。本发明所述的镍基激光熔覆粉末通过调整镍元素在粉末中的含量比例,可提高其熔金的强度,且也能够保持良好的塑性和韧性。

Description

镍基激光熔覆粉末及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及汽车模具熔覆技术领域,特别涉及一种镍基激光熔覆粉末,本发明同时也涉及有该镍基激光熔覆粉末的制备方法及其用途。
背景技术
激光熔覆技术是利用激光技术在基材表面涂覆涂层,达到增材制造、表面改性或修复的目的,其即能够满足对材料表面特定性能的要求,又可节约成本,已在航空航天、医疗、艺术创作等领域得到了广泛的应用,但在汽车模具修复领域却一直未得到关注。
与传统的电弧焊、气保焊相比,激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好,以及过程可控性高、对母材损伤小等特点。现在市面上熔覆粉末的开发主要控制指标有四个方面:粉末球形度、含氧量、粒度分布均匀性和粉末流动性,现有粉末生产厂家多是通过更好的熔炼工艺、保护氛围不断提升粉末的上述四个性能指标。不过,上述四个指标仅适用于不依赖基体的3D打印,或是不计成本的航空航天行业,但显然这两点都不是汽车模具行业所能承受的。
目前,汽车模具用熔覆粉末主要用于合金球墨铸铁的熔覆,且尤其是针对球墨铸铁的熔覆粉末的开发,主要控制指标有强度、硬度、抗裂性、可切削性、后处理适应性等方面,其中熔覆粉的可切削性和后处理适应性是汽车模具熔覆必须参考的两个重要指标。现有熔覆粉末较差的可切削性导致的加工成本成倍增加,以及由于后处理适宜性差导致模具后期无法使用PVD\镀铬等强化措施,并进而造成模具使用寿命的降低,此两方面均是现有熔覆粉末难以克服的不足。
发明内容
有鉴于此,本发明旨在提出一种镍基激光熔覆粉末,以能够至少克服现有技术中的一点不足。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种镍基激光熔覆粉末,按质量百分比包括如下的组分:C:≤0.6%;Si:0.4%-1.0%;Mn:1.0%-5.0%;Cr:0.1%-0.3%;Ni:13%-23%;Cu:0.01%-0.08%;余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步的,所述镍基激光熔覆粉末按质量百分比包括如下的组分:C:0.59%;Si:0.6%;Mn:2.0%;Cr:0.15%;Ni:20%;Cu:0.05%;余量为Fe及不可避免的杂质。
相对于现有技术,本发明具有以下优势:
本发明的镍基激光熔覆粉末通过调整镍元素在粉末中的含量比例,可提高其熔金的强度,且也能够保持良好的塑性和韧性,并在熔覆于球墨铸铁上时,其一方面熔金硬度接近铸铁基体硬度,可有效消除硬度差,另一方面抗裂性优异,与基体溶接性优异,同时其熔金的可切削性亦与球墨铸铁基材接近,而可有效解决现有技术中加工成本过高的问题。
本发明同时也提出了以上所述的镍基激光熔覆粉末的制备方法,且所述制备方法包括:
按各组分质量百分比含量准备各组分对应的金属块;
将各组分金属块在熔炉中真空熔炼;
将熔炼后金属液经中间包过渡后注入到雾化区,采用气雾法成型镍基激光熔覆粉末。
进一步的,所述熔炉的熔炼温度在1600-1700℃。
进一步的,所述气雾法中,来自喷嘴的高速气流的压力为4-6MPa。
此外,本发明也提供有以上镍基激光熔覆粉末的用途,且所述镍基激光熔覆粉末用于合金铸铁基材的修复或焊接。
进一步的,所述合金铸铁为球墨铸铁。
本发明的镍基激光熔覆粉末可用于球墨铸铁类冲压模具的熔覆修复,且熔覆后熔金性质与球墨铸铁基材接近,而可克服现有熔覆粉末的不足。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明实施例所述的镍基激光熔覆粉末的激光熔覆示意图;
图2为本发明实施例所述的镍基激光熔覆粉末熔覆于球墨铸铁基材上时的金相组织图;
图3为Inconel625、制备的镍基激光熔覆粉末以及球墨铸铁的切削难易程度对比图;
附图标记说明:
1-激光束,2-熔覆粉末,3-熔金,4-球墨铸铁基材。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本实施例首先涉及一种镍基激光熔覆粉末,且按质量百分比,该镍基激光熔覆粉末包括如下的组分:C:≤0.6%;Si:0.4%-1.0%;Mn:1.0%-5.0%;Cr:0.1%-0.3%;Ni:13%-23%;Cu:0.01%-0.08%;余量为Fe及不可避免的杂质。
其中,本实施例的镍基激光熔覆粉末的组分中,所添加的钼元素(Mo)、镍元素(Ni)、铜元素(Cu)和铬元素(Cr),其可在熔覆时促进熔金中珠光体的形成并稳定珠光体,从而能够达到增加熔金的抗拉强度及硬度的目的。
具体的,在镍基激光熔覆粉末中,Ni元素能提高熔金的强度,而又能够保持良好的塑性和韧性,且Ni对酸碱有较高的耐腐蚀能力,在高温下有着较好的防锈和耐热能力。Mo元素作为添加剂可以增强熔金的强度、硬度,以及可熔覆性和韧性,并且也可以增强其耐高温和耐腐蚀性能。Cr元素对熔金起到强化作用,可提高其强度、硬度、耐磨性及耐腐蚀性。Cu元素可促进石墨化,减少或消除游离渗碳体的形成,且在淬火时也能够增加产品的淬透性,同时其可对基材起到固溶强化的作用,进而提高被熔覆铸件的强度及硬度。
本实施例中,C元素的含量例如可为0.1%、0.2%、0.25%、0.3%、0.42%、0.5%、0.59%或0.6%;Si元素的含量例如可为0.4%、0.5%、0.6%、0.8%或1.0%;Mn元素的含量例如可为1.0%、1.5%、2.0%、2.2%、2.5%、3.0%、4.0%、4.6%或5.0%;Cr元素的含量例如可为0.1%、0.15%、0.2%、0.22%、0.25%或0.3%;Ni元素的含量例如可为13%、15%、16.5%、18%、19%、20%、21%、22%、22.5%或23%;Cu元素的含量例如可为0.01%、0.02%、0.04%、0.05%、0.06%或0.08%。
其中,作为一种优选的实施形式,本实施例所述镍基激光熔覆粉末按质量百分比具体可为包括如下的组分:C:0.59%;Si:0.6%;Mn:2.0%;Cr:0.15%;Ni:20%;Cu:0.05%;余量为Fe及不可避免的杂质。
与此同时,本实施例的镍基激光熔覆粉末在制备时,其制备方法则包括如下的步骤:
步骤s1、按各组分质量百分比含量准备各组分对应的金属块;
步骤s2、将各组分金属块在熔炉中真空熔炼;
步骤s3、将熔炼后金属液经中间包过渡后注入到雾化区,采用气雾法成型镍基激光熔覆粉末。
以上制备方法中,进行金属块真空熔炼的熔炉的熔炼温度在1600-1700℃,且例如可为1600℃、1620℃、1650℃、1675℃、1690℃或1800℃。而在所述气雾法中,来自喷嘴的高速气流的压力则一般设置为4-6MPa,并例如可采用4MPa、4.5MPa、5MPa、5.2MPa、5.5MPa、5.8MPa或6MPa。
此外,在本实施例的熔覆粉末的制备中,上述熔炉采用冶炼领域常用的真空熔炉便可,且所述气雾法亦采用现有用于金属粉末成型的常规气雾法成型工艺即可。
而仍以上述优选的镍基激光熔覆粉末构成为例,本实施例通过所述制备方法制得了采用优选组分构成的镍基激光熔覆粉末,并通过如图1所示的激光熔覆工艺,利用激光束1的高温热熔,将制备的熔覆粉末2熔覆于球墨铸铁基材4上,熔覆粉末2经加热熔化后冷却成为与球墨铸铁基材4一体的熔金3,该熔金3便可用于球墨铸铁基材4的修复或焊接等。
本实施例制备的熔覆粉末2熔覆于球墨铸铁基材4上后,其金相组织如图2所示,通过图2可以看出,其微观组织可见,且镍基激光熔覆粉末组织细腻,晶格稳定,晶粒细化度高,同时与球墨铸铁的熔接性良好。
而将以上制备的镍基激光熔覆粉末的熔金制作成拉伸圆形试样,试样直径6mm,并参考ASTM E8金属材料拉伸试验方法对试样进行力学性能测试,测试在室温下进行,通过测试,结果如下表1所示。
表1.试样拉伸试验结果
Figure BDA0002515756140000051
通过以上表1,能够看出本实施例的镍基激光熔覆粉末,在熔覆后其主要性能可满足要求。
另外,进一步的以现有的3D打印用粉末Inconel625制作的熔金,本实施例制备的镍基激光熔覆粉末制作的熔金,以及汽车冲压模具常用球墨铸铁进行切削难易程度的比较。三者切削难易程度的对比具体如图3所示,由图3可知相对于Inconel625,本实施例的熔覆粉末对应的熔金的切削性能与球墨铸铁相当,从而其在可加工性方面也是较为优异的。
本实施例的镍基激光熔覆粉末在应用上,其例如可为用于合金铸铁基材的修复或焊接,其中,所述的合金铸铁一般为球墨铸铁。而且该合金铸铁基材特别的可为冲压模具中的模座,以及用于制件成型的凸模、凹模等部分。
而本实施例的镍基激光熔覆粉末用于球墨铸铁类冲压模具的熔覆修复,由前述对该熔覆粉末性能的测试,其熔覆后熔金的硬度、塑性及韧性和可切削性等性质与球墨铸铁基材接近,因而可克服现有熔覆粉末的不足。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种镍基激光熔覆粉末,其特征在于:按质量百分比包括如下的组分:C:≤0.6%;Si:0.4%-1.0%;Mn:1.0%-5.0%;Cr:0.1%-0.3%;Ni:13%-23%;Cu:0.01%-0.08%;余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的镍基激光熔覆粉末,其特征在于:按质量百分比包括如下的组分:C:0.59%;Si:0.6%;Mn:2.0%;Cr:0.15%;Ni:20%;Cu:0.05%;余量为Fe及不可避免的杂质。
3.如权利要求1或2所述的镍基激光熔覆粉末的制备方法,其特征在于:所述制备方法包括:
按各组分质量百分比含量准备各组分对应的金属块;
将各组分金属块在熔炉中真空熔炼;
将熔炼后金属液经中间包过渡后注入到雾化区,采用气雾法成型镍基激光熔覆粉末。
4.根据权利要求3所述的镍基激光熔覆粉末的制备方法,其特征在于:所述熔炉的熔炼温度在1600-1700℃。
5.根据权利要求3所述的镍基激光熔覆粉末的制备方法,其特征在于:所述气雾法中,来自喷嘴的高速气流的压力为4-6MPa。
6.如权利要求1或2所述的镍基激光熔覆粉末的用途,其特征在于:所述镍基激光熔覆粉末用于合金铸铁基材的修复或焊接。
7.根据权利要求6所述的镍基激光熔覆粉末的用途,其特征在于:所述合金铸铁为球墨铸铁。
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