CN112981392B - 一种激光熔覆材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种激光熔覆材料，由以下重量百分比的原料组成：Si1.7‑2.4％，Mn 0.9‑1.1％，Zr 0.05‑0.1％，Cr 0.2‑0.4％，Ni 0.3‑0.5％，Ti≤0.1％，Fe≤0.05％，P≤0.025％，余量为Al和不可避免的杂质。该激光熔覆材料中，对原料组成及原料的重量百分比进行限定，使激光熔覆材料在使用过程中晶粒细小，且形成的晶体结构细致，提高熔覆层的均匀性和表面光洁度，进而可提高基材的耐蚀性；细化的晶粒形成结构致密的熔覆层，可提高基材表面的耐磨性。该熔覆材料具有原料组成简单、成本低的优点；使用该熔覆材料获得的熔覆层，具有机械性能高、耐磨性和耐蚀性高的优点。

Description

一种激光熔覆材料
技术领域
本发明涉及激光熔覆技术领域，具体涉及一种激光熔覆材料。
背景技术
激光熔覆技术是通过在基材表面放置覆层材料，然后控制激光束，使覆层材料熔化与基材表面熔化的薄层相结合，在激光束移开后，在基材表面形成冶金结合的表面涂层的一种表面改性技术。目前已经在不锈钢、铜合金、钛合金和铝合金等表面展开了应用。
激光熔覆技术的使用目的是改善基材表面的耐磨性、耐高温性、耐蚀性及抗热疲劳性等，但是，熔覆材料的选择对熔覆层具有至关重要的作用，直接影响到基材表面的耐蚀性和耐磨性。因此，提供一种与基材匹配的熔覆材料具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种激光熔覆材料，该激光熔覆材料中，对原料组成及原料的重量百分比进行限定，使激光熔覆材料在使用过程中晶粒细小，且形成的晶体结构细致，提高熔覆层的均匀性和表面光洁度，进而可提高基材的耐蚀性；细化的晶粒形成结构致密的熔覆层，可提高基材表面的耐磨性。该熔覆材料具有原料组成简单、成本低的优点；使用该熔覆材料获得的熔覆层，具有机械性能高、耐磨性和耐蚀性高的优点。
本发明的技术方案如下：
一种激光熔覆材料，由以下重量百分比的原料组成：
Si 1.7-2.4％，Mn 0.9-1.1％，Zr 0.05-0.1％，Cr 0.2-0.4％，Ni 0.3-0.5％，Ti≤0.1％，Fe≤0.05％，P≤0.025％，余量为Al和不可避免的杂质。
在使用激光束对熔覆材料熔化后，Si元素可提高熔覆材料的流动性，提高熔覆材料在基材表面形成的熔覆层厚度具有均匀性，同时，流动性强的熔覆材料与基材表面的熔化层结合时会更加均匀，进而提高熔覆层与基材的结合强度；Fe、Ti和P元素的存在，可在熔覆层形成的过程中，细化晶粒，避免在激光束移开而急速降温时产生大量的气泡，减少熔覆层表面和熔覆层与基材结合层中产生气泡，使熔覆层内部和熔覆层与基材的结合层均具有晶粒大小均匀、结构致密的优点，进而使熔覆层表面光滑；Mn能够增加熔覆层的韧性和硬度，进而提高熔覆层的耐磨性能，同时Mn的存在，会提高晶粒再结晶温度，从而避免细化的晶粒继续结晶而粗大，提高熔覆层的耐热性；Ni可提高熔覆层的耐磨性，且在激光熔化过程中，可减少基材变形。
进一步的，上述激光熔覆材料，由以下重量百分比的原料组成：
Si 1.9-2.1％，Mn 1.1％，Zr 0.085％，Cr 0.3-0.35％，Ni 0.4％，Ti≤0.1％，Fe≤0.05％，P≤0.025％，余量为Al和不可避免的杂质。
进一步的，在上述激光熔覆材料中，Ti+Fe+P≤0.15％。
对上述原料熔炼、铸造，形成铝合金铸锭，根据需求对铸锭磨粉或者制成棒材使用。
进一步的，上述激光熔覆材料在使用过程中，采用一步法熔覆工艺对基材表面改性。
进一步的，一步熔覆工艺中，激光功率为1000-1100w，扫描速度在1.5-2mm/s。
进一步的，在一步熔覆工艺中，激光功率为1100w，扫描速度在1.7mm/s。
进一步的，将上述激光熔覆材料应用于7XXX和6XXX系列铝合金表面改性中，获得的熔覆层的硬度在2300-2400HV之间。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：通过控制熔覆材料的组成，使该熔覆材料在熔化并冷凝形成的熔覆层具有结构致密、无裂纹、表面光滑、无气泡的优点，进而提高基材的耐蚀性和耐磨性。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种激光熔覆材料，由以下重量百分比的原料组成：
Si 2.0％，Mn 1.1％，Zr 0.085％，Cr 0.3％，Ni 0.4％，Ti 0.08％，Fe 0.05％，P0.02％，余量为Al和不可避免的杂质。
对上述原料熔炼、铸造，形成铝合金铸锭，将铸锭磨粉后使用。
将上述激光熔覆材料应用于7XXX铝合金，采用一步法熔覆工艺对7XXX铝合金表面改性；在一步熔覆工艺中，激光功率为1100w，扫描速度在1.7mm/s；在7XXX铝合金表面获得熔覆层，熔覆层进行晶粒度检测，晶粒度为6级；熔覆层的硬度为2380HV。
实施例2
一种激光熔覆材料，由以下重量百分比的原料组成：
Si 1.7％，Mn 0.9％，Zr 0.05％，Cr 0.4％，Ni 0.3％，Ti 0.05％，Fe 0.03％，P0.025％，余量为Al和不可避免的杂质。
对上述原料熔炼、铸造，形成铝合金铸锭，将铸锭制成棒材后使用。
将上述激光熔覆材料应用于6XXX铝合金，采用一步法熔覆工艺对6XXX铝合金表面改性；在一步熔覆工艺中，激光功率为1000w，扫描速度在1.5mm/s；在6XXX铝合金表面获得熔覆层，熔覆层进行晶粒度检测，晶粒度为6级；熔覆层的硬度为2328HV。
实施例3
一种激光熔覆材料，由以下重量百分比的原料组成：
Si 2.4％，Mn 1.1％，Zr 0.1％，Cr 0.2％，Ni 0.5％，Ti 0.03％，Fe 0.02％，P0.018％，余量为Al和不可避免的杂质。
对上述原料熔炼、铸造，形成铝合金铸锭，将铸锭制成棒材后使用。
将上述激光熔覆材料应用于钛合金，采用一步法熔覆工艺对钛合金表面改性；在一步熔覆工艺中，激光功率为1050w，扫描速度在2mm/s；在钛合金表面获得熔覆层，熔覆层进行晶粒度检测，晶粒度为6级；熔覆层的硬度为2234HV。
对比例1
与实施例1的区别在于，Ti+Fe+P 0.17％；Ti+Fe+P总添加量增多，会产生气泡，这是由于晶粒在一定的尺寸内才能维持良好的致密性和均匀性，过度细化的晶粒反而会使熔覆层的结构塌陷，导致熔覆层产生气泡、裂纹。
对比例2
与实施例1的区别在于，Mn 0.8％，Zr 0.15％；对元素的量改变后，形成的熔覆层的硬度为1500HV，明显低于实施例1获得的熔覆层的硬度。
对比例3
与实施例1的区别在于，不添加Si元素；熔覆层的厚度均匀性差。
从以上的实施例和对比例可以看出，本发明中，熔覆材料的组成、熔覆材料的重量比例对熔覆后的熔覆层性能具有重要影响，从而影响到基材表面的性能；这进一步说明，本发明的熔覆材料具有优良的基材表面改性的性能，且通过将该熔覆材料应用于铝合金、钛合金的表面改性中，均能使基材表面具有良好的耐磨性和耐蚀性，说明本发明的熔覆材料具有广泛适用性。
尽管通过参考优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种激光熔覆工艺，其特征在于，采用的激光熔覆材料由以下重量百分比的原料组成：
Si 1.7-2.4%，Mn 0.9-1.1%，Zr 0.05-0.1%，Cr 0.2-0.4%，Ni 0.3-0.5%，Ti≤0.1%，Fe≤0.05%，P≤0.025%，余量为Al和不可避免的杂质；
其中Ti+Fe+P≤0.15%；
按重量百分比对原料备料、熔炼、铸造，形成铝合金铸锭，根据需求对铸锭磨粉或者制成棒材使用；
激光熔覆材料在使用过程中，采用一步法熔覆工艺对基材表面改性；
在一步法熔覆工艺中，激光功率为1000-1100W，扫描速度为1.5-2mm/s。
2.如权利要求1所述的激光熔覆工艺，其特征在于，采用的激光熔覆材料由以下重量百分比的原料组成：
Si 1.9-2.1%，Mn 1.1%，Zr 0.085%，Cr 0.3-0.35%，Ni 0.4%，Ti≤0.1%，Fe≤0.05%，P≤0.025%，余量为Al和不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述的激光熔覆工艺，其特征在于，在一步法熔覆工艺中，激光功率为1100W，扫描速度为1.7mm/s。
4.如权利要求1或2所述的激光熔覆工艺，其特征在于，将激光熔覆材料应用于7XXX和6XXX系列铝合金表面改性中，获得的熔覆层的硬度在2300-2400HV之间。
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