專利名稱：一種含有球形碳化鎢復合涂層的激光熔覆方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在金屬表面激光熔覆的方法，特別一種在粉末中加入球形鑄造碳 化鎢顆粒的激光熔覆方法。
背景技術：
磨損是機械零件失效的主要形式(磨損、腐蝕和疲勞)之一。根據(jù)不完全統(tǒng)計，能 源的1/3 1/2消耗于摩擦與磨損，對材料來說，約80%的零件失效是磨損引起的。硬面材料作為表面工程材料，通過采用激光、火焰、等離子等方法，將硬面材料熔 覆在工件表面，能顯著提高工件的抗磨損、抗腐蝕和抗氧化性能，延長工件使用壽命。激光 能量密度高、功率可控性好、快速加熱和冷卻等特點，使得激光表面改性或熔覆具有獨特的 精密性和局部加熱作用，從而被看作是工件表面層處理的理想手段。為了提高表面的耐磨性能，常采用加入碳化鎢耐磨相。常用的碳化鎢顆粒往往是 破碎型的細小顆粒，顆粒形貌極不規(guī)則，當激光熔覆此類材料時，由于碳化鎢顆粒分解，導 致熔敷層韌性差、容易開裂、并形成裂紋，不能有效提高耐磨性。中國專利92108749. 7提出了粗顆粒碳化鎢金屬陶瓷激光熔覆的方法，它是將粒 度為0. 5 1. 2mm的燒結碳化鎢顆粒作為硬質(zhì)相，Ni基、Fe基或Co基自熔合金作為粘結 相，其中碳化鎢含量不少于50%，利用大功率CO2激光器作為熱源。粗顆粒碳化鎢與自熔合 金混合后，用有機粘結劑預置于工件表面，或先壓制成各種規(guī)格尺寸的薄片預置于工件表 面或直接作成實體焊條。中國專利200710069010. 0提出了在金屬表面上利用激光熔覆高硬度碳化鎢涂層 的方法，它是將介孔結構空心球狀碳化鎢粉末與碳素墨水吸光劑均勻混合，預置于金屬基 體表面，用適合的激光工藝參數(shù)進行激光熔覆到達表面硬化的效果。該法要求碳化鎢粉末 粒度為0.1 20 μ m，碳化鎢粉末與吸光劑按照5 30 1的比例混合，預置涂層厚度為 0. 2 0. 8mm,需要氣體保護。上述專利激光熔覆方法可以在金屬表面獲得碳化鎢金屬陶瓷耐磨層，但是在熔覆 過程中，由于材料的加熱與冷卻都非常迅速，粘結劑或者碳素墨水很容易殘留在熔覆層，使 得熔覆層易出現(xiàn)氣孔，甚至裂紋，直接影響到熔覆層的質(zhì)量和應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種采用球形鑄造碳化鎢顆粒進行激光熔覆的方法，碳化 鎢復合涂層的球形形貌沒有改變，熔覆層耐磨性好，無裂紋、氣孔等缺陷，生產(chǎn)工序簡單，效 率高。本發(fā)明采用的技術方案步驟如下①將待熔覆金屬用丙酮擦拭除油后，噴砂粗 化，粗糙度控制在Ra2 4μ m ；②在金屬表面上均勻預置厚度為0. 5 2. Omm的粒度都為 +50 -150 μ m的球形碳化鎢含量5 50%和鐵或鎳基自熔合金含量50 95%的球形碳 化鎢復合粉末；③用CO2激光器功率為2000 7000W，激光束寬度為1 10mm，激光熔覆速度為100 lOOOmm/min，搭接率為20 50%，進行激光熔覆。上述鐵基自熔合金為市售的Fe30、Fe50、Fe55等牌號；鎳基自熔合金為市售Ni25、 Ni35、Ni45、Ni55 等牌號。由金相圖1、2、3、4可以看出添加球形鑄造碳化鎢顆粒后，熔覆層與基體為冶金結合，熔覆層無氣孔、無裂紋等缺陷，碳化鎢顆粒仍保持球形狀態(tài)，熔覆層組織為細小柱狀 枝晶組織。本發(fā)明還通過對比試驗檢驗添加球形鑄造碳化鎢顆粒的熔覆層與未添加碳化鎢 顆粒的熔覆層的耐磨性情況，由表1硬度與摩擦磨損試驗結果表明球形碳化鎢的添加，對 鐵基自熔合金熔覆層硬度變化不大，但是球形碳化鎢復合涂層耐磨性能卻有很大的提高， 其中鐵基+10%球形碳化鎢熔覆層比鐵基熔覆層提高了 0. 9倍，鐵基+25%球形碳化鎢熔覆 層比鐵基熔覆層提高了 1. 1倍，鎳基+30%球形碳化鎢熔覆層比鎳基熔覆層提高了 1. 9倍， 鎳基+30%球形碳化鎢熔覆層比鎳基熔覆層提高了 2. 3倍。本發(fā)明不使用有機粘結劑或者碳素墨水吸光劑等輔助材料，按照應用要求直接將 球形鑄造碳化鎢顆粒添加到自熔合金，然后充分混合，工藝可行性好，可控性靈活。本發(fā)明所使用的球形鑄造碳化鎢的化學性能穩(wěn)定，流動性能好，內(nèi)部組織為細等 軸樹枝狀，結構均勻致密，比常規(guī)鑄造碳化鎢具有更好的韌性。采用激光熔覆的工藝將含有 球形碳化鎢的鐵基或鎳基粉末制成熔覆層的方法能夠減少碳化鎢顆粒的分解，因此能最大 限度保證碳化鎢顆粒的耐磨性能和防止碳化鎢顆粒的過度熔解而導致的涂層開裂。


圖1為實施例1的激光熔覆鐵基自熔合金+10%碳化鎢的金相圖；圖2為實施例2的激光熔覆鐵基自熔合金+25%碳化鎢的金相圖；圖3為實施例3的激光熔覆鎳基自熔合金+30%碳化鎢的金相圖；圖4為實施例4的激光熔覆鎳基自熔合金+50%碳化鎢的金相圖；圖5為實施例5的激光熔覆鐵基自熔合金的金相圖；圖6為實施例6的激光熔覆鎳基自熔合金的金相圖。
具體實施例方式將45#鋼板(50 X 50 X IOmm)用丙酮擦拭除油后，噴砂粗化，粗糙度控制在Ra2 4 μ m。將粒度范圍+50 -150 μ m的球形碳化鎢粉末和鐵基或鎳基自熔合金粉末均勻混合； 然后在金屬表面均勻預置厚度為2mm混合粉末；調(diào)整C02激光參數(shù)，進行激光熔覆；最后用 數(shù)控平面磨床將熔覆層加工成光滑表面。實施例15. Og球形碳化鎢粉末和45. Og Fe55鐵基自熔合金粉末。C02激光器功率為3300W，激光束寬度為3. Omm,激光熔覆速度為600mm/min，搭接 率為25%實施例212. 5g球形碳化鎢粉末和37. 5g Fe55鐵基自熔合金粉末。C02激光器功率為4800W，激光束寬度為8. 5mm,激光熔覆速度為800mm/min，搭接 率為30%。
實施例315. Og球形碳化鎢粉末和35. Og Ni35鎳基自熔合金粉末。CO2激光器功率為5000W，激光束寬度為8. 5mm,激光熔覆速度為400mm/min，搭接 率為30%。實施例4
25. Og球形碳化鎢粉末和25. Og Ni35鎳基自熔合金粉末。CO2激光器功率為6000W，激光束寬度為8. 5mm,激光熔覆速度為500mm/min，搭接 率為30%。實施例550. 0gFe55鐵基自熔合金粉末。CO2激光功率為3800W，激光束寬度為8. 5mm,激光熔覆速度為600mm/min，搭接率 為 25%。實施例650.0gNi35鎳基自熔合金粉末。CO2激光功率為4500W，激光束寬度為8. 5mm,激光熔覆速度為400mm/min，搭接率 為 30%。摩擦磨損試驗結果見表1。表1摩擦磨損試驗結果
實施例 組成 硬度(HRC)磨損失重(mg)
1Fe5 5+10%WC 63.7__28.8
2Fe55+25%WC 63.3__25Λ_3 Ni35+30%WC 49.6__14.4
4Ni35+50%WC 46.8__12.5
5__Fe55__64/7__54.9
6Ni3539.1 丨41.9 —摩擦磨損試驗條件載荷30N ；磨損長度64m。
權利要求
一種含有球形碳化鎢復合涂層的激光熔覆方法，其特征是步驟如下①將待熔覆金屬用丙酮擦拭除油后，噴砂粗化，粗糙度控制在Ra2～4μm；②在金屬表面上均勻預置厚度為0.5～2.0mm的粒度都為+50～-150μm的球形碳化鎢含量5～50％和鐵或鎳基自熔合金含量50～95％的球形碳化鎢復合粉末；③用CO2激光器功率為2000～7000W，激光束寬度為1～10mm，激光熔覆速度為100～1000mm/min，搭接率為20～50％，進行激光熔覆。
全文摘要
一種含有球形碳化鎢復合涂層的激光熔覆方法。其特征是步驟如下將待熔覆金屬用丙酮擦拭除油后，噴砂粗化；在金屬表面上均勻預置厚度為0.5～2.0mm的球形碳化鎢含量5～50％和鐵或鎳基自熔合金含量50～95％的復合粉末；用CO2激光器進行激光熔覆。本發(fā)明的激光熔覆的方法，碳化鎢復合涂層的球形形貌沒有改變，熔覆層耐磨性好，無裂紋、氣孔等缺陷，生產(chǎn)工序簡單，效率高。適用于金屬表面處理。
文檔編號C23C24/10GK101818343SQ201010157959
公開日2010年9月1日 申請日期2010年4月21日 優(yōu)先權日2010年4月21日
發(fā)明者佟鑫, 李福海, 陳興馳, 馬文有, 黃科 申請人:廣州有色金屬研究院