CN112144058A - 一种在工件基材表面熔覆碳化钨层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光熔覆制备合金涂层技术领域，尤其指一种在工件基材表面熔覆碳化钨层的方法，包括工件基材准备、熔覆材料制备、工件基材反复预热、多道激光熔覆梯度涂层和硬化等工艺步骤。本发明采用采用镍基合金为工件基材的原料，并采用非纯碳化钨粉末作为上层熔覆材料，减小了基材与熔覆材料的差异，提高熔覆效果，使基材熔覆后的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化能力提升更加显著；本发明采用低非纯碳化钨作为上层熔覆材料，提高硬度的同时，还能保证韧性；本发明采用激光熔覆梯度涂层的加工方式，在工件基材的表面依次熔覆四层材料，极大的改善了基材的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化能力。
Description
技术领域
本发明涉及激光熔覆制备合金涂层技术领域，尤其指一种在工件基材表面熔覆碳化钨层的方法。
背景技术
激光熔覆是通过同步或预置材料的方式，将外部材料添加至基体，经激光辐照后形成的熔池中，并使二者共同快速凝固形成包覆层的工艺方法。激光熔覆的熔覆层稀释度低但结合力强，与基体呈冶金结合，可显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化或电气特性，从而达到表面改性或修复的目的，满足材料表面特定性能要求的同时可节约大量的材料成本。
激光熔覆与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点。当前激光熔覆的主要应用于对材料的表面改性、对产品的表面修复和激光增材制造。现有技术仍然存在激光熔覆工件的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能提高幅度不够显著，工艺成本高等缺点。
发明内容
针对上述现有技术存在的技术问题，本发明提供成本低、工件基材性能提高显著的在工件基材表面熔覆碳化钨层的方法。
为了达成上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种在工件基材表面熔覆碳化钨层的方法，包括以下步骤;
1）工件基材准备，以镍基合金为工件基材的原料，精密铸造成型后，进行调质处理，得到工件基材；
2）第一底层熔覆材料制备，取Co粉末和CrMoBSi粉末按照质量比1：（15-20）混合，得到第一底层熔覆材料；
3）第二底层熔覆材料制备，取Co粉末 、Al2O3粉末、ZrO2粉末和Cr2O3粉末按照质量比1：（1-2.5）：（2-3.7）：（2-5.3）混合，得到第二底层熔覆材料；
4）第三底层熔覆材料制备，取Co粉末、WC粉末和SiC粉末按照质量比1：（0.5-1.3）：（1.5-2.5），得到第三底层熔覆材料；
5）上层熔覆材料制备，取非纯碳化钨粉末，筛分取200-400目的粉末，得到上层熔覆材料；
6）工件基材反复预热，将步骤1得到的工件基材加热至 600-850℃，保温30-60min，降温至300-350摄氏度，保温20-40min，再加热至400-550℃，保温30-60min，得到预热工件基材；
7）多道激光熔覆梯度涂层，设定激光器熔覆扫描速度3-4mm/s、功率1300-1500w，设定送粉电压8-10V,将第一底层熔覆材料喷涂在预热工件基材表面，进行第一层激光熔覆；然后设定激光器熔覆扫描速度3-4mm/s、功率1500-1800w，设定送粉电压8-10V,将第二底层熔覆材料喷涂在预热工件基材表面，进行第二层激光熔覆；再设定激光器熔覆扫描速度3-4mm/s、功率1500-1800w，设定送粉电压8-10V,将第三底层熔覆材料喷涂在预热工件基材表面，进行第三层激光熔覆；最后设定激光器熔覆扫描速度3-4mm/s、功率1000-1200w，设定送粉电压8-10V,将上层熔覆材料喷涂在预热工件基材表面，进行上层激光熔覆，得到熔覆碳化钨基体；
8）硬化处理，将步骤7）得到的熔覆碳化钨基体加热至700-900℃，保温3-10min，再将所述熔覆碳化钨基体降温至300-500摄氏度，保温3-4h，得到表面熔覆碳化钨层工件。
优选的，所述步骤1）中镍基合金包括镍625。
优选的，所述步骤2）中Co粉末和CrMoBSi粉末的质量比优选为1：20，所述Co粉末和CrMoBSi粉末优选为200-300目。
优选的，所述步骤3）中取Co粉末 、Al2O3粉末、ZrO2粉末和Cr2O3粉末的质量比优选为1：2.5：3.7：5，所述Co粉末 、Al2O3粉末、ZrO2粉末和Cr2O3粉末优选为100-200目。
优选的，所述步骤4）中Co粉末、WC粉末和SiC粉末的质量比优选1：1.3：2.5，所述Co粉末、WC粉末和SiC粉末优选为200-400目。
优选的，所述步骤5）中非纯碳化钨包括60%碳化钨。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1）本发明采用采用镍基合金为工件基材的原料，并采用非纯碳化钨粉末作为上层熔覆材料，减小了基材与熔覆材料的差异，提高熔覆效果，使基材熔覆后的耐磨、耐蚀、耐热、 抗氧化能力提升更加显著；
2）本发明采用低非纯碳化钨作为上层熔覆材料，提高硬度的同时，还能保证韧性；
3）本发明采用激光熔覆梯度涂层的加工方式，在工件基材的表面依次熔覆四层材料，极大的改善了基材的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化能力。
附图说明
图1是本发明熔覆层外观形貌图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1激光熔覆
一种在工件基材表面熔覆碳化钨层的方法，包括以下步骤;
1）工件基材准备，以镍625为工件基材的原料，精密铸造成型后，进行调质处理，得到工件基材；
2）第一底层熔覆材料制备，取200目Co粉末和300目CrMoBSi粉末按照质量比1：20混合，得到第一底层熔覆材料；
3）第二底层熔覆材料制备，取200目Co粉末 、200目Al2O3粉末、200目ZrO2粉末和200目Cr2O3粉末按照质量比1：2.5：3.7：5混合，得到第二底层熔覆材料；
4）第三底层熔覆材料制备，取300目Co粉末、300目WC粉末和300目SiC粉末按照质量比1：1.3：2.5，得到第三底层熔覆材料；
5）上层熔覆材料制备，取60%碳化钨粉末，筛分取300目的粉末，得到上层熔覆材料；
6）工件基材反复预热，将步骤1得到的工件基材加热至 850℃，保温30min，降温至350摄氏度，保温40min，再加热至550℃，保温30min，得到预热工件基材；
7）多道激光熔覆梯度涂层，设定激光器熔覆扫描速度3mm/s、功率1300w，设定送粉电压8V,将第一底层熔覆材料喷涂在预热工件基材表面，进行第一层激光熔覆；然后设定激光器熔覆扫描速度3mm/s、功率1500w，设定送粉电压8V,将第二底层熔覆材料喷涂在预热工件基材表面，进行第二层激光熔覆；再设定激光器熔覆扫描速度3mm/s、功率1800w，设定送粉电压8V,将第三底层熔覆材料喷涂在预热工件基材表面，进行第三层激光熔覆；最后设定激光器熔覆扫描速度3mm/s、功率1200w，设定送粉电压8V,将上层熔覆材料喷涂在预热工件基材表面，进行上层激光熔覆，得到熔覆碳化钨基体；
8）硬化处理，将步骤7）得到的熔覆碳化钨基体加热至900℃，保温5min，再将所述熔覆碳化钨基体降温至500摄氏度，保温3h，得到表面熔覆碳化钨层工件。
实施例2表面形貌观测及硬度测试
使用洛氏硬度计测量实施例1得到的表面熔覆碳化钨层工件熔覆层的洛氏硬度，其硬度达到60HRC；利用蔡司高级金相显微镜对熔覆层进行观测，得到如图1的表面形态观测图，观测图表明熔覆层与基材的熔覆效果较好；将实施例1得到的表面熔覆碳化钨层工件与普通激光熔覆工件进行对比，结果表明耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化能力都有显著提高。
从以上实施例可以看出，本发明工艺方法成本低、易于实现自动化工艺加工，且熔覆工件的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化能力都有显著提高。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的简单修改或变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种在工件基材表面熔覆碳化钨层的方法，其特征在于，包括以下步骤;
1）工件基材准备，以镍基合金为工件基材的原料，精密铸造成型后，进行调质处理，得到工件基材；
2）第一底层熔覆材料制备，取Co粉末和CrMoBSi粉末按照质量比1：（15-20）混合，得到第一底层熔覆材料；
3）第二底层熔覆材料制备，取Co粉末 、Al2O3粉末、ZrO2粉末和Cr2O3粉末按照质量比1：（1-2.5）：（2-3.7）：（2-5.3）混合，得到第二底层熔覆材料；
4）第三底层熔覆材料制备，取Co粉末、WC粉末和SiC粉末按照质量比1：（0.5-1.3）：（1.5-2.5），得到第三底层熔覆材料；
5）上层熔覆材料制备，取非纯碳化钨粉末，筛分取200-400目的粉末，得到上层熔覆材料；
6）工件基材反复预热，将步骤1得到的工件基材加热至 600-850℃，保温30-60min，降温至300-350摄氏度，保温20-40min，再加热至400-550℃，保温30-60min，得到预热工件基材；
7）多道激光熔覆梯度涂层，设定激光器熔覆扫描速度3-4mm/s、功率1300-1500w，设定送粉电压8-10V,将第一底层熔覆材料喷涂在预热工件基材表面，进行第一层激光熔覆；然后设定激光器熔覆扫描速度3-4mm/s、功率1500-1800w，设定送粉电压8-10V,将第二底层熔覆材料喷涂在预热工件基材表面，进行第二层激光熔覆；再设定激光器熔覆扫描速度3-4mm/s、功率1500-1800w，设定送粉电压8-10V,将第三底层熔覆材料喷涂在预热工件基材表面，进行第三层激光熔覆；最后设定激光器熔覆扫描速度3-4mm/s、功率1000-1200w，设定送粉电压8-10V,将上层熔覆材料喷涂在预热工件基材表面，进行上层激光熔覆，得到熔覆碳化钨基体；
8）硬化处理，将步骤7）得到的熔覆碳化钨基体加热至700-900℃，保温3-10min，再将所述熔覆碳化钨基体降温至300-500摄氏度，保温3-4h，得到表面熔覆碳化钨层工件。
2.根据权利要求1所述的在工件基材表面熔覆碳化钨层的方法，其特征在于，所述步骤1）中镍基合金包括镍625。
3.根据权利要求1所述的在工件基材表面熔覆碳化钨层的方法，其特征在于，所述步骤2）中Co粉末和CrMoBSi粉末的质量比优选为1：20，所述Co粉末和CrMoBSi粉末优选为200-300目。
4.根据权利要求1所述的在工件基材表面熔覆碳化钨层的方法，其特征在于，所述步骤3）中取Co粉末 、Al2O3粉末、ZrO2粉末和Cr2O3粉末的质量比优选为1：2.5：3.7：5，所述Co粉末、Al2O3粉末、ZrO2粉末和Cr2O3粉末优选为100-200目。
5.根据权利要求1所述的在工件基材表面熔覆碳化钨层的方法，其特征在于，所述步骤4）中Co粉末、WC粉末和SiC粉末的质量比优选1：1.3：2.5，所述Co粉末、WC粉末和SiC粉末优选为200-400目。
6.根据权利要求1所述的在工件基材表面熔覆碳化钨层的方法，其特征在于，所述步骤5）中非纯碳化钨包括60%碳化钨。
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| Title |
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| 关振中主编: "《激光加工工艺手册》", 31 October 2007, 中国计量出版社 * |
| 张德强等: "激光熔覆镍基碳化钨工艺研究", 《机械设计与制造》 * |
| 李亚江主编: "《特种连接技术》", 30 December 2019, 机械工业出版社 * |
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Legal Events
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Application publication date: 20201229 |
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