專利名稱：專用于光纖激光熔覆的鈷基金屬陶瓷合金粉末的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到合金材料，尤其涉及到一種專門用于高能光纖激光熔覆的金屬陶瓷合金粉末。
背景技術：
激光熔覆的原理就是利用高能激光束照射金屬材料，使得其表面形成激光熔池，同時填注新的添加材料，待激光掃過之后一并冷卻，由此在金屬表面形成一層新的熔覆層。激光熔覆技術出現(xiàn)已經近20年，其中，二氧化碳激光熔覆占據(jù)了一個重要的位置。然而，二氧化碳激光由于其本身體積過大、柔性不強、光束質量不高、能量分布不均勻等原因，在技術發(fā)展的過程中，有逐漸被半導體激光與光纖激光所取代的趨勢。 在將近二十年的激光熔覆應用過程中，市場已經為二氧化碳激光熔覆調制出了較多種類的合金粉末。然而，二氧化碳激光器的光束波長為10. 6微米,光纖激光器的光束波長為I微米左右，兩者相差10倍。如果將原本適用于二氧化碳激光熔覆的合金粉末直接用于光纖激光熔覆，由于激光的波長發(fā)生了巨大變化，合金粉末被熱輻射、熱傳導的物理過程隨著發(fā)生極大的改變，往往因為傳熱與熔融不均勻，造成裂紋、縮松、縮孔、氣孔等一系列不良后果。因此，很多原本適用于二氧化碳激光熔覆的合金粉末不能直接用于光纖激光熔覆，需要配制一種專門用于光纖激光熔覆的金屬陶瓷合金粉末。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種與光纖激光的特性相配套的專用于光纖激光熔覆的金屬陶瓷合金粉末。為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案為專用于光纖激光熔覆的鈷基金屬陶瓷合金粉末，按重量百分比計，含有1-2 %的碳，1-2 %的硅，2-4%的鐵，I. 5-2. 5 %的鎳，3-4%的鑰，8-12%的鉻，3-4%的鎢，13-17%的碳化鎢，2_3%的氟化鈣，1_2%的氮化娃，余量為鈷。專用于光纖激光熔覆的鈷基金屬陶瓷合金粉末的優(yōu)選配比為，含有1.5%的碳，
I.5%的硅，3%的鐵，2%的鎳，3. 5%的鑰，10%的鉻，3. 5%的鎢，15%的碳化鎢，2. 5%的氟化隹丐，I. 5%的氮化娃,余量為鈷。本發(fā)明所述的金屬陶瓷合金粉末中的各種成分的作用如下鈷(Co)元素作為金屬陶瓷基材，熔覆時徹底熔融，與熔融狀態(tài)的金屬基材一同形成激光熔池，以供其他元素或化合物在熔池中均勻分布后凝固成熔覆層。硅(Si)元素硅元素在自熔性合金粉末中主要起自造渣、自保護作用，可以與進入熔池的氧元素優(yōu)先形成硅酸鹽，覆蓋于熔池表面，防止液態(tài)金屬過渡氧化，提高液態(tài)金屬的潤濕能力。鐵(Fe)元素與基體材料相同，增強液態(tài)金屬與基體的親和性，提高熔覆層冶金結合的強度。
鎳(Ni)元素通過增加熔覆層金相中的殘余奧氏體，提高熔覆層的塑性與韌性。通過降低整體熔覆層的熱膨脹系數(shù)，減少殘余應力，消除應力集中，從而消除裂紋與縮松。鑰(Mo)元素作為一種稀土元素添加劑，促進晶粒細化，提高熔覆層的組織均勻性，從而改善熔覆層的摩擦磨損性能。鉻(Cr)元素具有較強的固溶強化能力，用于提高熔覆層的強度。當存在不熔性碳化鎢的情況下，當鉻(Cr)元素的含量超過8%時，熔覆層可獲得優(yōu)良的抗腐蝕性能。碳化鎢(WC)顆粒在熔覆過程中不熔化，均勻分布在激光熔池中，作為強化微粒存在于熔覆層中，極大地增強了熔覆層的硬度。氟化鈣(CaF2):作為添加材料，用于減少熔覆層凝固時的內應力，防止凝固后出現(xiàn)熱裂紋、縮孔、縮松等缺陷。氮化硅(SiN4):作為除碳化鎢WC之外的第二種陶瓷材料存在，在熔覆過程中不熔化，但對光纖激光短波長的熱吸收率大，可使激光熔池中的熱量加速分散，并作為低硬度金屬元素與超高硬度陶瓷顆粒的緩和，增強抗蠕變性，抗氧化性，提高耐腐蝕性。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明所述的鈷基金屬陶瓷合金粉末，在光纖激光熔覆中，對光纖激光波長(960納米 I. 06微米)具有較好的熱吸收率；受到熱輻射后各部分升溫比較均勻；在激光熔池中，中央部分雖然溫度較高，但熱導性能好，可以迅速向熔池四邊傳熱；液態(tài)金屬對基材的潤濕能力較強，最后形成的熔覆層結構致密，無裂紋、縮孔、縮松、氣孔等缺陷，具有高硬度、高塑韌性、高耐腐蝕性等優(yōu)異的金屬學性能；而且，工藝方便，無需預先熱處理及事后熱處理。
具體實施例方式下面通過實施例詳細描述本發(fā)明所述的具體實施方案。實施例一將碳10克，硅10克，鐵20克，鎳15克，鑰30克，鉻80克，鎢30克，碳化鎢130克，氟化鈣20克，氮化硅10克，鈷645克，經過充分機械混合，得到顆粒尺寸為30 65微米(V- m)的鈷基金屬陶瓷合金粉末。實施例二 將碳20克，硅20克，鐵40克，鎳25克，鑰40克，鉻120克，鎢40克，碳化鎢170克，氟化鈣30克，氮化硅20克，鈷475克，經過充分機械混合，得到顆粒尺寸為30 65微米(Pm)的鈷基金屬陶瓷合金粉末。實施例三將碳15克，硅15克，鐵30克，鎳20克，鑰35克，鉻100克，鎢35克，碳化鎢150克，氟化鈣25克，氮化硅15克，鈷560克，經過充分機械混合，得到顆粒尺寸為30 65微米(Pm)的鈷基金屬陶瓷合金粉末。由實施例三配制得到的鈷基金屬陶瓷合金粉末，用I. 5千瓦的光纖激光，光斑尺寸10mm2，行進速度2mm/s，噴粉速率8g/min，在對基材為45號鋼的工件表面進行激光熔覆以后，所得數(shù)據(jù)與性能指標如下室溫下，光纖激光熔覆的金屬陶瓷合金拉伸試樣的抗拉伸強度
= 1200MN/m2，光纖激光熔覆的金屬陶瓷合金拉伸試樣的斷面收縮率= 7%，光纖激光熔覆的金屬陶瓷合金硬度(維氏微觀硬度HV)如下表所示
權利要求
1.專用于光纖激光熔覆的鈷基金屬陶瓷合金粉末，按重量百分比計，含有1-2%的碳，1-2 %的硅，2-4%的鐵，I. 5-2. 5 %的鎳，3-4 %的鑰，8_12 %的鉻，3-4 %的鎢，13-17 %的碳化鎢，2-3%的氟化鈣，1-2%的氮化硅，余量為鈷。
2.如權利要求I所述的專用于光纖激光熔覆的鈷基金屬陶瓷合金粉末，其特征在干，含有1. 5%的碳，I. 5%的硅，3%的鐵，2%的鎳，3. 5%的鑰，10%的鉻，3. 5%的鎢，15%的碳化鶴，2. 5%的氣化豐丐，I. 5%的氣化娃，余量為鉆。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種與光纖激光的特性相配套的專用于光纖激光熔覆的金屬陶瓷合金粉末，按重量百分比計，含有1-2％的碳，1-2％的硅，2-4％的鐵，1.5-2.5％的鎳，3-4％的鉬，8-12％的鉻，3-4％的鎢，13-17％的碳化鎢，2-3％的氟化鈣，1-2％的氮化硅，余量為鈷。該金屬陶瓷合金粉末，專用于高能光纖激光器的熔覆過程，可在鋼鐵基材的工模具表面形成一層高硬度、高韌性、高耐腐蝕性的金屬陶瓷熔覆層，熔覆層結構致密，無氣孔、裂紋、縮孔等缺陷，具有高硬度、高塑韌性、高耐腐蝕性等優(yōu)異的金屬學性能；而且，工藝方便，無需預先熱處理及事后熱處理。尤其適用于對模具的表面處理，可以大幅提高模具的服役壽命。
文檔編號C22C32/00GK102650012SQ20121013710
公開日2012年8月29日 申請日期2012年5月5日 優(yōu)先權日2012年5月5日
發(fā)明者張翀昊, 柳岸敏 申請人:張家港市和昊激光科技有限公司