專利名稱：一種采用激光熔覆制備納米金剛石減摩涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種制備納米金剛石減摩涂層的方法，具體涉及一種采用激光熔覆制備納米金剛石減摩涂層的方法。
背景技術(shù)：
納米金剛石粉作為復(fù)合涂層的增強(qiáng)相，采用噴涂、真空熔燒等手段可以獲得減摩涂層。現(xiàn)有的制備方法是將納米金剛石粉混合入金屬基粉末中，通過粘結(jié)或直接鋪覆在待熔覆的工件表面，再進(jìn)行真空熔燒或者熱噴涂得到 金剛石減摩涂層。通過以上方法制備的減摩涂層強(qiáng)度低、與基體結(jié)合性能差，不能滿足高溫、高交變載荷條件下的長壽命使用。 一方面涂層的松散結(jié)構(gòu)導(dǎo)致微粒脫落，反而加速^"料的磨損；另一方面涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度不足，在交變應(yīng)力、磨損腐蝕及熱震的作用下，涂層極易剝落，給使用帶來很大的隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種采用激光熔覆制備納米金剛石減摩涂層的'方法，解決了現(xiàn)有減摩表面涂層技術(shù)存在的涂層強(qiáng)度低、組織松散易導(dǎo)致微粒脫落、與基體結(jié)合性能差導(dǎo)致涂層極易剝落等問題。
本發(fā)明所采用的技^:方案是， 一種采用激光熔覆制備納米金剛石減摩涂
層的方法，具體按照以下步驟實(shí)施
步驟l:在合金粉中添加5% 20%的納米金剛石粉，將混合后的粉末置入酒精中通過超聲震動(dòng)混合，然后將酒精蒸發(fā)；
.歩驟2:將待熔覆工件先置入真空艙內(nèi)，通過鋪粉或者自動(dòng)送粉將上步
得到的混合粉末預(yù)置在待熔覆工件表面，用固體YAG脈沖激光直接進(jìn)入或
者通過轉(zhuǎn)折及光纖導(dǎo)入的方式在真空艙內(nèi)進(jìn)行熔覆，激光熔覆功率為
150W 400W，脈沖頻率10 30Hz，脈寬3 8ms，真空艙內(nèi)真空度不低于
本發(fā)明采用激光熔覆制備納米金剛石減摩涂層的方法，其特點(diǎn)還布于，其中的將混合后的粉末置入酒精中通過超聲震動(dòng)混合，超聲頻率為28/40KHz，.混合時(shí)間為IO分鐘。
本發(fā)明的有益效果是
(1) 采用超聲振動(dòng)混合納米金剛石和金屬粉末，可以有效破解納米金剛石顆粒之間的分子結(jié)合鍵，得到均勻分布納米金剛石的混合粉末，有利于激光熔覆層的成分均勻性，減低熔覆層的裂紋敏感性；
(2) 激光熔覆過程在真空中進(jìn)行，采用的真空度大于lxlO—3Pa，.屬于高真空度，可以有效避免因氧化造成的金剛石材料損失；
-(3)涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度大于242Mpa，遠(yuǎn)高于噴涂、真空熔燒等工藝
手段制備的減摩涂層；
(4) 熔覆層中含有大量納米級(jí)及亞納米級(jí)金剛石相，最高達(dá)17.16%，這些相的存在提高了涂層自潤滑性及耐磨性；
(5) 組織致密無孔洞、裂紋等缺陷，致密性遠(yuǎn)高于噴涂、真空熔燒等工藝手段制備的減摩涂層，真空熔燒及噴涂層的孔隙率》3%。


圖1是采用本發(fā)明方法實(shí)施例1制備的納米金剛石減摩涂層中的金剛石相圖2是采用本發(fā)明方法實(shí)施例1制備的納米金剛石減摩涂層的相成分分 析圖。-
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
本發(fā)明采用激光熔覆制備納米金剛石減摩涂層的方法，按照以下步驟進(jìn) 行實(shí)施
步驟1:在Fe基、Ni基、Co基、Al基、鋯基、鈦基等合金粉中添加 5% 20%的納米金剛石粉，將混合后的粉末置入酒精中，采用數(shù)字化超聲 波發(fā)生器產(chǎn)生28/40 KHz頻率的超聲進(jìn)行超聲震動(dòng)混合10分鐘；
步驟2:將待熔覆工件先置入真空艙內(nèi)，通過鋪粉或者自動(dòng)送粉將上步 得到的混合粉末預(yù)置在待熔覆工件表面，用固體YAG脈沖激光直接進(jìn)入或 者通過轉(zhuǎn)折及光纖導(dǎo)入真空艙內(nèi)進(jìn)行熔覆，激光熔覆功率為150W 400W， 脈沖頻率10 30Hz，脈寬3 8ms，真空艙內(nèi)真空度大于lxl(T3Pa。
實(shí)施例1
在鐵基合金粉中添加20%的納米金剛石粉，將混合后的粉末置入酒精 中，采用數(shù)字化超聲波發(fā)生器產(chǎn)生28/40 KHz頻率的超聲進(jìn)行超聲震動(dòng)混 合]0分鐘；然后將酒精蒸發(fā)，并經(jīng)過球磨混合。將待熔覆工件先置入真空 艙內(nèi)，通過重力式送粉器將上步得到的混合粉末預(yù)置在待熔覆工件表面，用 固體YAG脈沖激光通過光纖導(dǎo)入真空艙內(nèi)進(jìn)行熔覆，激光熔覆功率為 400W，脈沖頻率10Hz，脈寬3ms，真空度大于lxlO—3Pa。得到的熔覆層厚 度達(dá)到1.5mm，與GCr'15對(duì)磨，其質(zhì)量損失為GCrl5的62%。實(shí)施例2
在Ni35合金粉中添加10%的納米金剛石粉，將混合后的粉末置入酒精 中，采用數(shù)字化超聲波發(fā)生器產(chǎn)生28/40 KHz頻率的超聲進(jìn)行超聲震動(dòng)混 合IO分鐘；然后將酒精蒸發(fā)。將待熔覆工件先置入真空艙內(nèi)，通過預(yù)先鋪 粉將上步得到的混合粉末預(yù)置在待熔覆工件表面，將固體YAG脈沖激光通 過光纖導(dǎo)入真空艙內(nèi)進(jìn)行熔覆，激光熔覆功率為300W，脈沖頻率30Hz，脈 寬8ms，真空度大于lxlO—3Pa。得到的熔覆層厚度約為lmm，與GCrl5對(duì)磨， 其質(zhì)量損失為GCrl5的56.3%。
實(shí)施例3
在GH30合金粉中添加5%的納米金剛石粉，將混合后的粉末置入酒精 中，采用數(shù)字化超聲波發(fā)生器產(chǎn)生28/40 KHz頻率的超聲進(jìn)行超聲震動(dòng)混 合IO分鐘；然后將酒精蒸發(fā)。將待熔覆工件先置入真空艙內(nèi)，通過預(yù)先鋪 粉將上步得到的混合粉末預(yù)置在待熔覆工件表面，將固體YAG脈沖激光通 過光纖導(dǎo)入真空艙內(nèi)進(jìn)行熔覆，激光熔覆功率為！50W，脈沖頻率20Hz，脈 寬5ms，真空度大于lXl(T3Pa。得到的熔覆層厚度約為0.5mm，與GH30 基體對(duì)磨，其質(zhì)量損失為基體的62%。
.圖1是實(shí)施例1制備的納米金剛石減摩涂層中的金剛石相圖，放大倍數(shù) 為2xl0M咅，從圖l可以看串， 一個(gè)納米金剛石顆粒的直徑約為120nm，圖 2是實(shí)施例1制備的納米金剛石減摩涂層的相成分分析圖，從圖2可以看出 該圖層中含有碳元素，且該元素是以金剛石形態(tài)存在。如表1所示實(shí)施例1 制備的納米金剛石減摩涂層的相的成分含量分析，其中金剛石含量達(dá)到 17.16%。表1相的成分含量分析表No.化學(xué)式礦物名稱Quant (%)
1CDiamond17:16
2Fe鐵5.97
(Fe， C)33.64
4Cr7C343.22
本發(fā)明方法制備的納米金剛石減摩涂層，涂層強(qiáng)度高、組織結(jié)構(gòu)緊湊、
與基體結(jié)合性能好。
權(quán)利要求
1.一種采用激光熔覆制備納米金剛石減摩涂層的方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施步驟1在合金粉中添加5％～20％的納米金剛石粉，將混合后的粉末置入酒精中通過超聲震動(dòng)混合，然后將酒精蒸發(fā)；步驟2將待熔覆工件先置入真空艙內(nèi)，通過鋪粉或者自動(dòng)送粉將上步得到的混合粉末預(yù)置在待熔覆工件表面，用固體YAG脈沖激光直接進(jìn)入或者通過轉(zhuǎn)折及光纖導(dǎo)入的方式在真空艙內(nèi)進(jìn)行熔覆，激光熔覆功率為150W～400W，脈沖頻率10～30Hz，脈寬3～8ms，真空艙內(nèi)真空度不低于1×10-3Pa。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用激光熔覆制備納米金剛石減摩涂層的方法，其特征在于，所述的將混合后的粉末置入酒精中通過超聲震動(dòng)混合，超聲頻率為28/40 KHz，混合時(shí)間為IO分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種采用激光熔覆制備納米金剛石減摩涂層的方法，在合金粉中添加5％～20％的納米金剛石粉，將混合后的粉末置入酒精中通過超聲震動(dòng)混合，超聲頻率為28/40kHz，混合時(shí)間為10分鐘，然后將酒精蒸發(fā)；將待熔覆工件先置入真空艙內(nèi)，通過鋪粉或者自動(dòng)送粉將上步得到的混合粉末預(yù)置在待熔覆工件表面，用固體YAG脈沖激光直接進(jìn)入或者通過轉(zhuǎn)折及光纖導(dǎo)入的方式在真空艙內(nèi)進(jìn)行熔覆，激光熔覆功率為150W～400W，脈沖頻率10～30Hz，脈寬3～8ms，真空艙內(nèi)真空度不低于1×10^-3Pa。本發(fā)明方法制備的納米金剛石減摩涂層，涂層強(qiáng)度高、組織結(jié)構(gòu)緊湊、與基體結(jié)合性能好。
文檔編號(hào)C23C24/10GK101560659SQ200910022748
公開日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者張鏡斌, 王育召, 穆耀釗, 馬中偉, 剛 魏 申請(qǐng)人:中國船舶重工集團(tuán)公司第十二研究所