CN111778504A - 一种激光熔覆涂层粉末及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种激光熔覆涂层粉末及制备方法，激光熔覆涂层粉末的组成及质量分数为：铁基复合粉末(90%Fe901+10%WC)：97wt.%‑99wt.%，CeO2粉末：1wt.%‑3wt.%；制备方法包括金属基体选择及预处理，粉末配比及球磨，同步送粉，激光熔覆，在金属基体表面生成以Cr23C6、WC为增强相的Fe基复合涂层，本发明激光熔覆层与基体结合良好，硬度较高，具有良好的耐氧化和高温耐磨性。

Description

一种激光熔覆涂层粉末及制备方法
技术领域
本发明涉及了一种激光熔覆涂层粉末及制备方法，属于激光熔覆金属材料表面改性技术领域。
背景技术
H13热作模具钢由于其高热强度、高韧性以及良好的淬透性广泛应用于热锻模、热挤压模和热冲压成形模具。在热冲压工艺中工件成形是一个加热-成形-冷却的过程，由于工况复杂苛刻，模具需要承受冷热交替载荷以及剧烈摩擦作用，因此高温下的磨损失效限制了模具材料的使用寿命。
Fe合金粉末价格低廉，来源广泛，与基体结合牢靠。金属-陶瓷复合粉末结合了金属基体的韧性和陶瓷颗粒的高硬度，制备的涂层具有高硬度、高耐磨性等优点，在激光熔覆中得到了广泛应用。但是二者之间的物理化学特性的差异会使熔池温度梯度较大，进而导致熔覆层出现孔洞、裂纹等缺陷。
目前较多的制备方法用熔覆前预热的方式改善缺陷，这种方式增加了熔覆步骤，效果不显著。如何通过简单的粉末设计来实现改善缺陷，提高熔覆层性能，是相关企业、高校急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光熔覆涂层粉末及制备方法，得到一种与基体结合良好无缺陷，高硬度和耐磨性能优异的涂层。
一种激光熔覆涂层粉末，其组成和质量分数为：铁基复合粉末(90％Fe901+10％WC)：97wt.％-99wt.％，CeO2粉末：1wt.％-3wt.％，Fe901化学成分C 0.15wt.％，Cr13wt.％，B 1.6wt.％，Mo 0.8wt.％，Si 1.2wt.％，Fe其余。
所述Fe901粒度为50-150μm，WC粒度为40-100μm，CeO2粒度为5-40μm。
本发明还提供所述激光熔覆涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)将金属基体打磨平滑并清洗，干燥后备用；
(2)按比例称量激光熔覆涂层粉末，并用球磨机混合；
(3)将步骤(2)的混合粉末倒入送粉系统；
(4)在步骤(1)的基体上进行激光熔覆，金属基体表面得到激光熔覆层。
步骤(1)金属基体为H13热作模具钢。
步骤(1)打磨平滑并清洗的具体步骤：金属基体表面用280目砂纸打磨后用400砂纸打磨，打磨至表面无粗大划痕且方向一致，再用无水乙醇溶液超声清洗，去除磨屑和杂质。
步骤(2)球磨参数：真空条件下，球磨转速200r/min，球料比5:1，球磨时间为4h。
步骤(4)激光熔覆采用半导体激光器，同步送粉方式，激光功率1200W，扫描速度10mm/s，送粉速率20g/min，圆形光斑直径3mm，搭接率40％，保护气体和送粉气体均为氩气，保护气体流量为12L/min。
本发明的有效增益：
本发明所述制备得到的熔覆层宏观形貌良好，内部气孔和裂纹较少。涂层与基体冶金结合良好，硬度高，具有良好的耐磨性。
本发明采用激光熔覆技术得到了稀释率低且结合良好的涂层，对制备质量较高的涂层具有指导作用。
本发明将稀土氧化物CeO2加入到铁基复合粉末中，结合了铁基合金的价格低廉和WC涂层的高硬度，显著改善了熔覆层可能出现的缺陷，细化了微观组织，提高了熔覆层的硬度和高温耐磨性。
附图说明
图1为本发明实施例1激光熔覆涂层的微观组织；
图2为本发明实施例2激光熔覆涂层的微观组织；
图3为实施例1和实施例2的激光熔覆层显微硬度曲线；
图4为对比例1激光熔覆层的微观组织。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步详细的说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1
一种激光熔覆涂层粉末，其组成和质量分数为：铁基复合粉末(90％Fe901+10％WC):99wt.％，CeO2粉末：1wt.％。
本发明还提供所述激光熔覆涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)将金属基体打磨平滑并清洗，打磨平滑并清洗的具体步骤：金属基体表面用280目砂纸打磨后用400砂纸打磨，打磨至表面无粗大划痕且方向一致，再用无水乙醇溶液超声清洗，去除磨屑和杂质，干燥后备用，金属基体为H13热作模具钢，其化学成分为C0.4wt.％,Cr 5.2wt.％，Mn 0.4wt.％，Mo 1.0wt.％，Si 1.0wt.％，Fe其余；
(2)按比例称量激光熔覆涂层粉末，并用球磨机混合，球磨参数：真空条件下，球磨转速200r/min，球料比5:1，球磨时间为4h；
(3)将步骤(2)的混合粉末倒入送粉系统；
(4)在步骤(1)的基体上进行激光熔覆，金属基体表面得到激光熔覆层，激光熔覆采用半导体激光器，同步送粉方式，激光功率1200W，扫描速度10mm/s，送粉速率20g/min，圆形光斑直径3mm，搭接率40％，保护气体和送粉气体均为氩气，保护气体流量为12L/min。
对激光熔覆后的涂层用4％硝酸酒精溶液进行腐蚀，获得了激光熔覆层的微观组织图片，如图1所示，容易看出涂层与基体冶金结合良好，且气孔、裂纹少。
实施例2
一种激光熔覆涂层粉末，其组成和质量分数为：铁基复合粉末(90％Fe901+10％WC)：97wt.％，CeO2粉末：3wt.％。
本发明还提供所述激光熔覆涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)将金属基体打磨平滑并清洗，打磨平滑并清洗的具体步骤：金属基体表面用280目砂纸打磨后用400砂纸打磨，打磨至表面无粗大划痕且方向一致，再用无水乙醇溶液超声清洗，去除磨屑和杂质，干燥后备用，金属基体为H13热作模具钢，其化学成分与实施例1相同；
(2)按比例称量激光熔覆涂层粉末，并用球磨机混合，球磨参数：真空条件下，球磨转速200r/min，球料比5:1，球磨时间为4h；
(3)将步骤(2)的混合粉末倒入送粉系统；
(4)在步骤(1)的基体上进行激光熔覆，金属基体表面得到激光熔覆层，激光熔覆采用半导体激光器，同步送粉方式，激光功率1200W，扫描速度10mm/s，送粉速率20g/min，圆形光斑直径3mm，搭接率40％，保护气体和送粉气体均为氩气，保护气体流量为12L/min。
对激光熔覆后的涂层用4％硝酸酒精溶液进行腐蚀，获得了激光熔覆层的微观组织图片，如图2所示，容易看出涂层与基体冶金结合良好，且气孔、裂纹少，枝晶间距比图1更小，组织更为致密。
图3为实施例1和实施例2的熔覆层显微硬度曲线，采用402MVD维氏硬度计对熔覆层表面到基体的显微硬度分布进行测量，每个显微硬度值为五个测量值的平均值。结果显示实施例1的平均硬度为890HV，为基体的4.45倍，实施例2的平均硬度为1000HV，为基体的5倍，相较于基体，实施例1和2熔覆层硬度有明显提高。
对比例1
一种激光熔覆涂层粉末只含铁基复合粉末(90％Fe901+10％WC)，不含CeO2，其制备方法具体如下：
(1)将金属基体打磨平滑并清洗，打磨平滑并清洗的具体步骤：金属基体表面用280目砂纸打磨后用400砂纸打磨，打磨至表面无粗大划痕且方向一致，再用无水乙醇溶液超声清洗，去除磨屑和杂质，干燥后备用，金属基体为H13热作模具钢，其化学成分与实施例1相同；
(2)按比例称量激光熔覆涂层粉末，并用球磨机混合，球磨参数：真空条件下，球磨转速200r/min，球料比5:1，球磨时间为4h；
(3)将步骤(2)的混合粉末倒入送粉系统；
(4)在步骤(1)的基体上进行激光熔覆，金属基体表面得到激光熔覆层，激光熔覆采用半导体激光器，同步送粉方式，激光功率1200W，扫描速度10mm/s，送粉速率20g/min，圆形光斑直径3mm，搭接率40％，保护气体和送粉气体均为氩气，保护气体流量为12L/min。对激光熔覆后的涂层用4％硝酸酒精溶液进行腐蚀，获得了激光熔覆层的微观组织图片，如图4所示，组织晶粒间距较大，并出现细小的裂纹。

Claims (4)

1.一种激光熔覆涂层粉末，其特征在于，其组成及质量分数为：铁基复合粉末(90%Fe901+10%WC)：97wt.%-99 wt.%，CeO2粉末：1 wt.%-3 wt.%；
所述激光熔覆层的制备方法，包括以下步骤：
(1) 将金属基体打磨平滑并清洗，干燥后备用；
(2) 按比例称量激光熔覆涂层粉末，并用球磨机混合；
(3) 将步骤(2)的混合粉末倒入送粉系统；
(4) 在步骤(1)的基体上进行激光熔覆，金属基体表面得到激光熔覆层；
步骤(4)激光熔覆采用半导体激光器，同步送粉方式，激光功率1200W，扫描速度10mm/s，送粉速率20g/min，圆形光斑直径3mm，搭接率40%，保护气体和送粉气体均为氩气，保护气体流量为12L/min。
2.根据权利要求书1所述激光熔覆粉末，其特征在于，所述Fe901粒度为50-150μm，WC粒度为40-100μm，CeO2粒度为5-40μm。
3.根据权利要求书1所述方法，其特征在于，步骤(1)金属基体为H13热作模具钢。
4.根据权利要求书1所述方法，其特征在于，步骤(2)球磨机混合参数：真空条件下，球磨转速200r/min，球料比5:1，球磨时间为4h。
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