微納米顆粒增強(qiáng)激光熔覆合金粉末及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種微納米顆粒增強(qiáng)激光熔覆合金粉末及其制備方法，其特征在于：微納米顆粒增強(qiáng)激光熔覆合金粉末由基體合金粉末與微納米碳化物硬質(zhì)顆粒和粘結(jié)劑所組成，其配比為：50～98％基體合金粉末，1～45％的微納米WC或微納米TiC或WC和TiC的微納米混合體粉末，1～5％的粘結(jié)劑制備成組合粉末。其制備工藝步驟是：基體合金粉末制備→添加微納米碳化物顆粒→添加粘結(jié)劑→攪拌球磨→組合粉末→干燥→破碎→篩分。本發(fā)明的激光熔覆用合金粉末既有較高的硬度、韌性，又具有優(yōu)異的耐磨性和耐蝕性，特別適用于適用于激光熔覆高沖擊、高耐磨工況零部件。而且能夠有效的防止在貯存、運(yùn)輸和使用過(guò)程中由于各組元比重相差懸殊而產(chǎn)生偏析。
【專利說(shuō)明】微納米顆粒增強(qiáng)激光熔覆合金粉末及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鈷基合金【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種微納米激光熔覆合金粉末及其制備方法，特別是一種微納米顆粒增強(qiáng)激光熔覆合金粉末及其制備方法，該微納米顆粒增強(qiáng)激光熔覆合金粉末適用于激光熔覆高耐磨工況零部件。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代的日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中，金屬材料的磨損與腐蝕會(huì)出現(xiàn)在各個(gè)領(lǐng)域，是破壞機(jī)械零部件、工程構(gòu)件的二大主要方式之一，腐蝕將會(huì)導(dǎo)致機(jī)械零件的大量消耗，而磨損則是導(dǎo)致機(jī)械零件失效的重要原因之一。它們?cè)趽p耗大量金屬材料的同時(shí)，也浪費(fèi)了大量資源，在經(jīng)濟(jì)損失中占據(jù)非常大的比重。
[0003]高溫、腐蝕、摩擦和磨損引起的工程構(gòu)件的失效大多發(fā)生在表面，這一現(xiàn)象促使材料科學(xué)工作者對(duì)材料表面的極大關(guān)注，并促使材料表面改性技術(shù)的迅猛發(fā)展。人們希望在材料整體保持足夠的韌性和強(qiáng)度的同時(shí)，使材料表面獲得較高的、特定的使用性能，如耐磨、耐蝕和抗氧化等。
[0004]據(jù)報(bào)道，目前，在全世界工業(yè)化國(guó)家中，在磨損上消耗的能量占總能量的二分之一，約有60%?80%的機(jī)械零部件由于磨損而失效。在一個(gè)高度發(fā)達(dá)的工業(yè)化國(guó)家，每年因磨損所造成的經(jīng)濟(jì)損失幾乎占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的1%?2%。例如，美國(guó)平均每年由于磨損造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)200億美元；英國(guó)平均每年由磨損造成的經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)51500萬(wàn)英鎊。在我國(guó)，由磨損造成的經(jīng)濟(jì)損失同樣也相當(dāng)嚴(yán)重。僅據(jù)石油、化工、煤炭、電力、農(nóng)機(jī)等部門(mén)粗略統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年就有高達(dá)數(shù)百萬(wàn)噸的鋼材消耗在磨損上，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到200?300億元之多。所以說(shuō)，金屬材料的磨損影響著機(jī)械零件的性能質(zhì)量和使用壽命，進(jìn)而影響著這些機(jī)械零件在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力。
[0005]同時(shí)，金屬腐蝕問(wèn)題也遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，從尖端科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，從日常生活中的應(yīng)用到國(guó)防工業(yè)的制造，凡是使用金屬材料的地方，都不同程度上存在著腐蝕問(wèn)題。據(jù)有關(guān)專家統(tǒng)計(jì)，全球每一分半鐘就有一噸鋼材被腐蝕成鐵銹。例如，1975年，美國(guó)每年由腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)820億美元，占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的4.9%;1995年，美國(guó)由于腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失直線上升到3000億美元。統(tǒng)計(jì)表明，在一個(gè)工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的2%?4%，超過(guò)水災(zāi)、火災(zāi)、地震、和咫風(fēng)等所有自然災(zāi)害造成的損失的總和。雖然我國(guó)僅為一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，但由于腐蝕帶來(lái)的損失也相當(dāng)可觀，每年大約5000億元人民幣，約占我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的6%左右。僅在石油與天然氣領(lǐng)域每年由腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失就約100億元，煤炭工業(yè)每年由腐蝕造成的資金浪費(fèi)約為55.6億元，而電力系統(tǒng)每年的腐蝕損失則近17億元。
[0006]因此，從有限的資源與能源出發(fā)，現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)要求機(jī)械零部件具有足夠的耐磨耐蝕性能，可以在高溫、高負(fù)荷等極其惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間工作，因此解決金屬的磨損與腐蝕問(wèn)題已迫在眉睫。
[0007]激光熔覆陶瓷技術(shù)可以將金屬高的強(qiáng)韌性、良好的工藝性與陶瓷材料優(yōu)異的耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化特性有機(jī)結(jié)合起來(lái)，為最有價(jià)值和競(jìng)爭(zhēng)力的表面強(qiáng)化技術(shù)，也是激光熔覆技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。
[0008]激光熔覆是一項(xiàng)新興、迅猛發(fā)展的技術(shù)，它是在高能量密度激光束照射下，基體表面一薄層與根據(jù)需要加入的合金同時(shí)熔化，形成厚度為10?1000 μ m表面熔化層，快速凝固以滿足某一特殊性能要求的工藝方法，是集激光加熱熔化、熔池中物質(zhì)交互作用及快速凝固成型等多學(xué)科交叉的一門(mén)新技術(shù)，此技術(shù)在表面處理方面得到較細(xì)致的研究。
[0009]由于局部表面受熱密度大，光斑直徑小，受熱時(shí)間短，故工件表面上熔化區(qū)很小，傳到工件內(nèi)部熱量少，熔化區(qū)內(nèi)存在很大的溫度梯度，冷卻速度可達(dá)IO4?109°C / S。正是由于快速凝固，賦予合金不同于正常凝固的特點(diǎn)。作為表面改性手段之一的激光熔覆，適于各類金屬的表層改性和修復(fù)。激光表面熔覆能保持原涂層合金成份(稀釋率5?8%)，僅在重熔區(qū)與基體的交界處存在很有限的相互擴(kuò)散區(qū)，而此擴(kuò)散區(qū)正是實(shí)現(xiàn)涂覆層與基體的冶金結(jié)合所必須的。它能把高性能的合金粉末涂覆在普通材料(工件)上，從而獲得優(yōu)異特性的表面涂層(如耐熱、耐蝕、耐磨、抗沖擊等優(yōu)良涂層)。
[0010]與傳統(tǒng)的表面改性(熱噴涂、等離子噴涂等)技術(shù)相比，它主要有以下優(yōu)點(diǎn):界面為冶金結(jié)合；組織極細(xì)；熔覆層成分均勻及稀釋度低；覆層厚度可控；熱畸變??；易實(shí)現(xiàn)選區(qū)熔覆和工藝過(guò)程易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。在表面改性技術(shù)中，激光熔覆已成為比較活躍的研究領(lǐng)域。
[0011]激光表面涂層技術(shù)是七十年代中期發(fā)展起來(lái)的材料表面工程領(lǐng)域的前沿課題之一，國(guó)內(nèi)外正在蓬勃發(fā)展。隨著高功率激光器及配套技術(shù)的發(fā)展與完善，它已從實(shí)驗(yàn)室研究逐步走向工業(yè)應(yīng)用，在未來(lái)材料表面改性領(lǐng)域?qū)⒕哂袕?qiáng)大的生命力。激光熔覆既可用于傳統(tǒng)材料的表面改性，提升材料的性能，又可用于表面失效零件的修復(fù)，故可用的基體材料十分廣泛，如碳鋼、合金鋼、鑄鐵以及鋁合金、銅合金、鎳基高溫合金等。此外，材料科研人員還開(kāi)發(fā)了非晶態(tài)及準(zhǔn)晶涂層等。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)激光技術(shù)在傳統(tǒng)材料表面的改性研究較多，高合金鋼、高溫合金表面改性的研究也有報(bào)道，然而應(yīng)用激光熔覆修復(fù)一些機(jī)械零部件的實(shí)際工程應(yīng)用卻有待于進(jìn)一步推廣，主要原因是激光熔覆過(guò)程中常有裂紋、涂層不均勻等問(wèn)題，有待于科技工作者更深一步研究。
[0012]激光熔覆層材料的狀態(tài)一般有粉末狀、絲狀、膏狀等。另外還可將金屬板材、粉末冶金制品、鋼帶和焊條等作為熔覆材料，其中合金粉末在激光熔覆技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛。
[0013]視工件的實(shí)際使用環(huán)境條件不同，對(duì)工件表面涂層的性能要求也不一樣。激光熔覆合金體系主要有鐵基合金、鎳基合金、鉆基合金及復(fù)合合金粉末等。鐵基合金粉末適于要求局部耐磨且容易變形的零件；鎳基合金適于要求局部耐磨、耐熱腐蝕及抗熱疲勞的構(gòu)件，所需的激光功率密度要比熔覆鐵基合金的略高；鉆基合金涂層適于要求耐磨、耐蝕和抗熱疲勞的零件；陶瓷涂層在高溫下有較高的強(qiáng)度，且熱穩(wěn)定性好，化學(xué)穩(wěn)定性高，適用于耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化性的零件。
[0014]耐磨涂層是激光熔覆陶瓷涂層中研究得最早也是最多的I種。Ni基、Co基、Fe基自熔合金雖然本身就具有良好的耐磨、耐蝕、耐熱性能，利用它們的激光熔覆層進(jìn)行材料表面強(qiáng)化的研究報(bào)道己經(jīng)很多。但在滑動(dòng)、沖擊磨損和磨粒磨損嚴(yán)重的條件下，單純的Ni基、Co基、Fe基自熔性合金已不能勝任使用要求。
[0015]納米材料和納米技術(shù)是20世紀(jì)后期出現(xiàn)的新材料和高新技術(shù)。金屬基納米復(fù)合材料是由納米級(jí)的金屬或非金屬粒子均勻地彌散在金屬及合金基體中而成，表現(xiàn)出不同于一般宏觀復(fù)合材料的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)性能，具有原組分不具備的特殊性能和功能，較之傳統(tǒng)的金屬材料，其比強(qiáng)度、比模量、耐磨性、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能等均有大幅度的成倍提高。
[0016]然而，由于納米粒子的表面能大，表面活性高，因此單個(gè)納米顆粒極不穩(wěn)定，具有強(qiáng)烈的吸附周?chē)w粒而達(dá)到穩(wěn)定的趨勢(shì)，從而導(dǎo)致顆粒間團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生。而且納米粒子形成的團(tuán)聚體往往是硬團(tuán)聚體，因而使得物質(zhì)的比表面減小，納米粒子的優(yōu)異特性幾乎完全喪失，實(shí)際應(yīng)用效果很差。且納米顆粒的制備成本及高。
[0017]但是，相對(duì)于納米粒子來(lái)說(shuō)，微米粒子無(wú)論是表面能、表面活性，還是顆粒間的吸引力都較小、較弱。因此，與納米粒子間很容易形成硬團(tuán)聚的情況相比，微米粒子的團(tuán)聚程度就較小，所形成的團(tuán)聚體大多是軟團(tuán)聚的形式，這種軟團(tuán)聚是可以通過(guò)普通的機(jī)械作用力或其它較小的力量分散開(kāi)的。微納米復(fù)合材料除了具有單一的納米材料所具有的小尺寸效應(yīng)、表面和界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、和宏觀量子隧道效應(yīng)外，還具有復(fù)合協(xié)同多種功能:可以改變單一粒子表面性質(zhì)，增大兩種或多種組分的接觸面積；可以防止顆粒團(tuán)聚，提高納米粒子的分散性、流散性、催化效果等物理化學(xué)性質(zhì)。具備普通復(fù)合材料所不具備的一些優(yōu)異性能。
[0018]納米/微米復(fù)合技術(shù)是納米材料領(lǐng)域的一門(mén)新型技術(shù)。利用該技術(shù)可以獲得納米粒子無(wú)團(tuán)聚、納米功能特性得到充分發(fā)揮、納米粒子在體系中分散較好的納米復(fù)合材料。而且相對(duì)于納米復(fù)合材料而言，極大的降低了復(fù)合材料的制備成本。
[0019]采用微米顆粒代替純納米顆粒對(duì)金屬材料進(jìn)行增強(qiáng)和改性，由于所具有的成本低，顆粒制備工藝簡(jiǎn)單，且所制備的增強(qiáng)復(fù)合材料的性能優(yōu)良，是金屬基復(fù)合材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】的新發(fā)展趨勢(shì)。
[0020]復(fù)合材料是一種新型的表面強(qiáng)化工程材料，金屬與金屬、金屬與陶瓷、陶瓷與陶瓷等，合金粉末之間以及合金粉末與陶瓷之間的搭配的選擇范圍十分廣泛。為此近年來(lái)國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了在上述激光熔覆的合金粉末體系中加入一定含量的各種高熔點(diǎn)的碳化物、氮化物、硼化物和氧化物陶瓷顆粒，制成金屬陶瓷復(fù)合涂層甚至純陶瓷涂層，以提高熔覆層的耐磨性。
[0021]盡管采用復(fù)合材料進(jìn)行激光熔覆可制備高性能的復(fù)合材料涂層，但目前國(guó)內(nèi)大多仍然處于實(shí)驗(yàn)室的研究中，而且其制備工藝大多都是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用將鎳基自熔合金與一定含量的WC粉末混合均勻，然后加入飽和松節(jié)油或自制的有機(jī)粘結(jié)劑，調(diào)成料漿或膏狀，預(yù)涂覆于工件上，然后進(jìn)行激光熔覆或燒結(jié)。其所加入的硬質(zhì)顆粒較大、密度與基體金屬不同，顆粒在熔覆層中的分布往往不均勻，通常呈現(xiàn)梯度分布；所加的顆粒材料與基體的潤(rùn)濕性、穩(wěn)定性、膨脹系數(shù)及化學(xué)反應(yīng)活性等均導(dǎo)致熔覆層的組織與性能的不均勻性。且所制備的組合粉末由于各組元比重相差懸殊，因而在貯存、運(yùn)輸和使用過(guò)程中而易產(chǎn)生偏析。無(wú)法進(jìn)行商品化市場(chǎng)供應(yīng)，目前在市場(chǎng)上尚未見(jiàn)有微納米顆粒增強(qiáng)激光熔覆專用粉末商品銷售。由于上述原因，至今尚未見(jiàn)激光熔覆專用組合粉末，從而制約了激光熔覆在高耐磨工況領(lǐng)域上的應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0022]本發(fā)明的目的是避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，開(kāi)發(fā)一種能夠滿足工程機(jī)械嚴(yán)重磨粒磨損工況條件下所需的一種微納米顆粒增強(qiáng)激光熔覆合金粉末及其制備方法。[0023]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可以通過(guò)以下基本化學(xué)成分的設(shè)計(jì)和添加微納米碳化物顆粒和相應(yīng)的制備技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0024]本發(fā)明所提供的一種微納米顆粒增強(qiáng)激光熔覆合金粉末由基體合金粉末與微納米碳化物硬質(zhì)顆粒和粘結(jié)劑所組成，其配比為:65~94%基體合金粉末,5~30%的微納米WC或微納米TiC或WC和TiC的微納米混合體粉末，I~5%的粘結(jié)劑制備成組合粉末；微納米碳化物顆粒尺寸為0.03~80 μ m，其中微納米顆粒中的納米顆粒含量在20~30%;其中基體合金的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為；
[0025]0.3 ~0.6% C、2.0 ~3.5% Si,2 ~4% B、18 ~28% Cr,8 ~11% Cu,6 ~8%W、5~8% Mo、< 15% Fe,0.1~0.4% Ce,0.2~0.3% La203、Ni余量和不可避免的雜質(zhì)元素。
[0026]本發(fā)明所提供的微納米顆粒增強(qiáng)激光熔覆合金粉末及其制備方法，其制備工藝步驟是:
[0027]基體合金粉末制備一添加微納米碳化物顆粒一添加粘結(jié)劑一攪拌球磨一組合粉末一干燥一破碎一篩分；具體工藝步驟如下:
[0028](I)基體合金制備
[0029]基體合金粉末制備的工藝流程為:配料一熔煉一霧化一干燥一篩分；
[0030]配料:原料為純鎳、石墨粉、？60、？68、？65丨、(:11、1、]\10、1^20、〇6；
[0031]熔煉:將上述配制好的原料在真空感應(yīng)爐或中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，熔化溫度約為1250°C _1350°C，控制碳含量達(dá)到要求，爐前調(diào)整成分合格后，出爐溫度1200~1280°C ；
[0032]霧化:采用惰性氣或高壓水霧化，霧化孔徑5~10mm，霧化壓力，10~14MPa ；
[0033]干燥:所用設(shè)備是遠(yuǎn)紅外烘干機(jī)，烘干溫度為220°C~280°C ；
[0034]篩分:由篩粉機(jī)篩出粒度范圍為+150目~-350目的粉末作為成品粉；
[0035](2)添加微納米碳化物顆粒
[0036]選取粒度范圍為0.03~80 μ m的市售微納米WC或微納米TiC粉末或WC和TiC的微納米混合體粉末作為增強(qiáng)硬質(zhì)顆粒；其中微納米顆粒中的納米顆粒含量在20~30% ;
[0037](3)添加粘結(jié)劑
[0038]采用熱固型的酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂或水玻璃做粘結(jié)劑，加入環(huán)己酮或甲醇溶劑，使其溶解成樹(shù)脂溶液；
[0039](4)攪拌球磨
[0040]將制備好的基體合金粉末和微納米WC或微納米TiC粉末和粘結(jié)劑按照所需的比例進(jìn)行配置后，倒入攪拌球磨機(jī)中，將所需劑量的樹(shù)脂溶解于環(huán)己酮或甲醇溶劑使其溶解成樹(shù)脂溶液；攪拌均勻后倒入球磨機(jī)內(nèi)所需處理的混合粉中，將球體直徑10~20mm的磨球按照2:1~3:1球料比配制好后加入到攪拌球磨機(jī)中，起動(dòng)攪拌球磨機(jī)，經(jīng)5~60小時(shí)的充分?jǐn)嚢枨蚰ィ够旌戏鄹鹘M分及樹(shù)脂液都分布均勻，將各組元粉末顆粒包裹起來(lái)，并粘結(jié)在一起，制備成微納米組合粉末；
[0041](5)干燥
[0042]將球磨好的組合粉末從球磨機(jī)中倒出，然后經(jīng)150°C~200°C干燥；[0043](6)破碎和篩分
[0044]將干燥好的組合粉末進(jìn)行破碎，由篩粉機(jī)篩出粒度范圍為+150目?-350目的粉末分別作為成品粉，即得所需成分、所需粒度等級(jí)而又不會(huì)發(fā)生組分偏析的組合粉末。
[0045]有益效果
[0046]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0047]I)本發(fā)明的微納米顆粒增強(qiáng)激光熔覆合金粉末既有較高的韌性，高的硬度，又具有優(yōu)異的耐磨性和耐蝕性，其耐磨料磨損性可為高鉻鑄鐵的10倍，其耐蝕性與lCrl8Ni9Ti相當(dāng)。適用于激光熔覆高沖擊、高耐磨工況零部件。
[0048]2)本發(fā)明微納米顆粒增強(qiáng)激光熔覆合金粉末具有優(yōu)異的激光熔覆工藝性能，而且處理后的激光熔覆層具有無(wú)裂紋、無(wú)氣孔、無(wú)雜質(zhì)、組織致密、晶粒細(xì)化等優(yōu)點(diǎn)。
[0049]3)經(jīng)本發(fā)明工藝制備的微納米顆粒增強(qiáng)激光熔覆合金粉末能將各組元粉末顆粒包裹起來(lái)，并粘結(jié)在一起；具有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度，能夠有效的防止組合粉在貯存、運(yùn)輸和使用過(guò)程中由于各組元比重相差懸殊而產(chǎn)生偏析。
[0050]4)本發(fā)明微納米顆粒增強(qiáng)激光熔覆合金粉末，特別適用于有較高表面硬度、韌性和高耐磨性的合金工件的激光熔覆修復(fù)，所得激光熔覆合金粉末工藝性能好，在無(wú)需預(yù)熱和后續(xù)熱處理的條件下即可獲得大面積大厚度無(wú)裂紋的激光熔覆合金層，熔覆層強(qiáng)度、硬度和耐磨性高，塑韌性好，并且比現(xiàn)有大多數(shù)熱噴涂用自熔合金粉末和現(xiàn)有大多數(shù)激光熔覆用合金粉末成本大幅度降低。可減少戰(zhàn)略性稀有元素的用量，顯著降低激光熔覆成本。
【具體實(shí)施方式】
[0051]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0052]實(shí)施例一
[0053]一種微納米顆粒增強(qiáng)激光熔覆合金粉末及其制備方法，該微納米顆粒增強(qiáng)激光熔覆合金粉末由基體合金粉末與微納米碳化物硬質(zhì)顆粒和粘結(jié)劑所組成，其配比為:70%基體合金粉末，27%的微納米WC，3%的酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑制備成組合粉末；其中基體合金的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為；
[0054]0.5% C.2.0% Si,2.5% B,20% Cr,9% Cu,6% ff,6% MoU3% Fe,0.2% Ce,0.2%La2O3> Ni 余量。
[0055]其制造工藝步驟:
[0056]基體合金粉末制備一添加微納米碳化物顆粒一添加粘結(jié)劑一攪拌球磨一組合粉末一干燥一破碎一篩分；具體工藝步驟如下:
[0057](I)基體合金制備
[0058]基體合金粉末制備的工藝流程為:配料一熔煉一霧化一干燥一篩分；
[0059]配料:原料為純鎳、石墨粉、FeCr、FeB、FeS1、Cu、W、Mo、稀土 La2O3、稀土 Ce ;按上述重量百分比配比，準(zhǔn)備好制作基體金屬粉末的原材料。
[0060]熔煉:啟動(dòng)真空感應(yīng)中頻爐，按熔煉工藝的要求，放入金屬開(kāi)始熔煉，一般容易氧化的金屬在熔化的后期放入。熔化溫度約控制在1250-1300°C ;當(dāng)本爐的金屬全部在爐內(nèi)熔化后，進(jìn)行造渣，去除金屬液中的雜質(zhì)，然后進(jìn)入精煉期進(jìn)行精煉，澆注前加入脫氧劑進(jìn)行脫氧，控制碳含量達(dá)到要求，爐前調(diào)整成分合格后，出爐溫度控制在1200?1250°C。[0061]霧化:將熔煉合格的合金液體倒入錐體漏包中，開(kāi)始進(jìn)行金屬粉末的霧化，打開(kāi)高壓惰性氣體瓶，將來(lái)自氣瓶的高壓氣體作為氣刀，對(duì)熔化后經(jīng)孔徑為5?IOmm的漏嘴約束后成一細(xì)流的熔融金屬液流進(jìn)行切割霧化，霧化壓力10?14MPa，將金屬霧化成極微小的金屬液滴，最后凝固成合金粉末。凝固后的金屬粉末，在高溫時(shí)還是相當(dāng)容易氧化的，所以須在無(wú)氧或低氧的環(huán)境下讓其冷卻到室溫，才能減少粉末的含氧量。正常的霧化時(shí)間在5?20分鐘左右。
[0062]干燥:所用設(shè)備是遠(yuǎn)紅外烘干機(jī)，烘干溫度約250°C，干燥后的金屬粉末，先取樣進(jìn)行化學(xué)成份的化驗(yàn)，合格后轉(zhuǎn)入下道工序。
[0063]篩分:由篩粉機(jī)篩出粒度范圍為+150目?-350目的粉末作為成品粉。
[0064](2)添加微納米碳化物顆粒
[0065]選取粒度范圍為選取粒度范圍為0.03?80 μ m的市售微納米WC粉末作為增強(qiáng)硬質(zhì)顆粒；其中微納米顆粒中的納米顆粒含量在20?30% ;
[0066](3)添加粘結(jié)劑
[0067]采用熱固型的酚醛樹(shù)脂做粘結(jié)劑，加入環(huán)己酮溶劑，使其溶解成樹(shù)脂溶液；
[0068](4)攪拌球磨
[0069]將制備好的基體合金粉末和微納米WC粉末和粘結(jié)劑按照上述的比例進(jìn)行配置后，倒入攪拌球磨機(jī)中，將3%熱固型的酚醛樹(shù)脂溶解于環(huán)己酮溶劑中使其溶解成樹(shù)脂溶液，攪拌均勻后倒入球磨機(jī)內(nèi)的所需處理的混合粉中，將球體直徑15_的磨球按照2: I球料比配制好后加入到攪拌球磨機(jī)中，經(jīng)35小時(shí)的充分?jǐn)嚢枨蚰?，使混合粉各組分及樹(shù)脂液都分布均勻，將各組元粉末顆粒包裹起來(lái)，并粘結(jié)在一起，制備成微納米組合粉末；
[0070](5)干燥
[0071]將球磨好的組合粉末從球磨機(jī)中倒出，然后經(jīng)180°C干燥；
[0072](6)破碎和篩分
[0073]將干燥好的組合粉末進(jìn)行破碎，由篩粉機(jī)篩出粒度范圍為+150目?-350目的粉末作為成品粉，即得所需成分、所需粒度等級(jí)而又不會(huì)發(fā)生組分偏析的組合粉末。
[0074]按用戶的要求進(jìn)行篩分，包裝入庫(kù)。
[0075]實(shí)施例二
[0076]一種微納米顆粒增強(qiáng)激光熔覆合金粉末及其制備方法，該微納米顆粒增強(qiáng)激光熔覆合金粉末由基體合金粉末與微納米碳化物硬質(zhì)顆粒和粘結(jié)劑所組成，其配比為:78%基體合金粉末，20%的TiC，2%的環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑制備成組合粉末；其中基體合金的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為；
[0077]0.6% C,3% Si,3% B,25% CrUO % Cu,4% ff,8% Mo、15% Fe,0.1 % Ce,0.3%
La2O3> Ni 余量。
[0078](2)添加微納米碳化物顆粒
[0079]選取粒度范圍為選取粒度范圍為0.03?80 μ m的市售微納米TiC粉末作為增強(qiáng)硬質(zhì)顆粒；其中微納米顆粒中的納米顆粒含量在20?30% ;
[0080](3)添加粘結(jié)劑
[0081 ] 采用熱固型的環(huán)氧樹(shù)脂做粘結(jié)劑，加入甲醇溶劑，使其溶解成樹(shù)脂溶液；
[0082](4)攪拌球磨[0083]將制備好的基體合金粉末和TiC微納米粉末和粘結(jié)劑按照上述的比例進(jìn)行配置后，倒入攪拌球磨機(jī)中，將2%熱固型的酚醛樹(shù)脂溶解于甲醇溶劑中使其溶解成樹(shù)脂溶液，攪拌均勻后倒入球磨機(jī)內(nèi)的所需處理的混合粉中，將球體直徑12_的磨球按照2.5: I球料比配制好后加入到攪拌球磨機(jī)中，經(jīng)5?60小時(shí)的充分?jǐn)嚢枨蚰ィ?jīng)26小時(shí)的充分?jǐn)嚢枨蚰?，使混合粉各組分及樹(shù)脂液都分布均勻，將各組元粉末顆粒包裹起來(lái)，并粘結(jié)在一起，制備成微納米組合粉末；
[0084]其制備方法與實(shí)施例一相同。
[0085]實(shí)施例三
[0086]一種微納米顆粒增強(qiáng)激光熔覆合金粉末及其制備方法，該顆粒增強(qiáng)激光熔覆合金粉末由基體合金粉末與碳化物硬質(zhì)顆粒和粘結(jié)劑所組成，其配比為:68%基體合金粉末，30%的微納米WC和微納米TiC，其中微納米WC為50%，微納米TiC為50% ;2%的環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑制備成組合粉末；其中基體合金的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為；
[0087]0.6% C、2.5% Si,2.0%B,27% Cr,8% Cu、5% W、5% Mo、10% Fe、0.3% Ce、0.25%La203、Ni 余量。
[0088](2)添加微納米碳化物顆粒
[0089]選取粒度范圍為0.03?80 μ m的市售微納米WC和TiC的微納米混合體粉末作為增強(qiáng)硬質(zhì)顆粒；其中微納米顆粒中的納米顆粒含量在20?30% ;微納米WC和TiC的微納米混合體粉末的配比為1:1。
[0090](3)添加粘結(jié)劑
[0091]采用水玻璃做粘結(jié)劑，加入甲醇溶劑；
[0092](4)攪拌球磨
[0093]將制備好的基體合金粉末和TiC粉末和粘結(jié)劑按照上述的比例進(jìn)行配置后，倒入攪拌球磨機(jī)中，將2.5%水玻璃加入于甲醇溶劑中，攪拌均勻后倒入球磨機(jī)內(nèi)的所需處理的混合粉中，將球體直徑18_的磨球按照2.8:1球料比配制好后加入到攪拌球磨機(jī)中，起動(dòng)攪拌球磨機(jī)，經(jīng)18小時(shí)的充分?jǐn)嚢枨蚰?，使混合粉各組分及水玻璃液都分布均勻，將各組元粉末顆粒包裹起來(lái)，并粘結(jié)在一起，制備成微納米組合粉末；
[0094]其制備方法與實(shí)施例一相同。
[0095]本發(fā)明提出的以上成份的微納米顆粒增強(qiáng)激光熔覆合金粉末，特別適用于相應(yīng)制件表面的激光熔覆，其熔覆層的硬度高，耐磨性良好，產(chǎn)生開(kāi)裂和其它熔敷層缺陷的傾向小，可以制備大厚度熔覆層，激光熔覆工藝性能良好，比現(xiàn)用激光熔覆合金粉末的成本低，能適用更廣泛的應(yīng)用需要。本發(fā)明的材料推廣應(yīng)用具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
【權(quán)利要求】
1.一種微納米顆粒增強(qiáng)激光熔覆合金粉末及其制備方法，其特征在于:微納米顆粒增強(qiáng)激光熔覆合金粉末由基體合金粉末與微納米碳化物硬質(zhì)顆粒和粘結(jié)劑所組成，其配比為:65~94%基體合金粉末，5~30%的微納米WC或微納米TiC或WC和TiC的微納米混合體粉未，I~5%的粘結(jié)劑制備成組合粉末；微納米碳化物顆粒尺寸為0.03~80 μ m，其中微納米顆粒中的納米顆粒含量在20~30% ;其中基體合金的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為；0.3 ~0.6% C、2.0 ~3.5% Si,2 ~4% B、18 ~28% Cr,8 ~11% Cu,6 ~8% W、5 ~8% Mo、< 15% Fe,0.1~0.4% Ce,0.2~0.3% La2O3、Ni余量和不可避免的雜質(zhì)元素，其制備工藝步驟是: 基體合金粉末制備一添加微納米碳化物顆粒一添加粘結(jié)劑一攪拌球磨一組合粉末一干燥一破碎一篩分；具體工藝步驟如下: (1)基體合金制備 基體合金粉末制備的工藝流程為:配料一熔煉一霧化一干燥一篩分； 配料:原料為純鎳、石墨粉、FeCr，F(xiàn)eB,FeSi，Cu，W,Mo，La2O.Ce; 熔煉:將上述配制好的原料在真空感應(yīng)爐或中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，熔化溫度約為12500C -1350°C，控制碳含量達(dá)到要求，爐前調(diào)整成分合格后，出爐溫度1200~1280°C ； 霧化:采用惰性氣或高壓水霧化，霧化孔徑5~10mm，霧化壓力，10~14MPa ； 干燥:所用設(shè)備是遠(yuǎn)紅外烘干機(jī)，烘干溫度為220°C~280°C ； 篩分:由篩粉機(jī)篩出粒度范圍為+150目~-350目的粉末作為成品粉； (2)添加微納米碳化物顆粒 選取粒度范圍為0.03~80 μ m的市售微納米WC或微納米TiC粉末或WC和TiC的微納米混合體粉末作為增強(qiáng)硬質(zhì)顆粒；其中微納米顆粒中的納米顆粒含量在20~30% ; (3)添加粘結(jié)劑 采用熱固型的酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂或水玻璃做粘結(jié)劑，加入環(huán)己酮或甲醇溶劑，使其溶解成樹(shù)脂溶液； (4)攪拌球磨 將制備好的基體合金粉末和微納米WC或微納米TiC粉末或WC和TiC的微納米混合體粉末和粘結(jié)劑按照所需的比例進(jìn)行配置后，倒入攪拌球磨機(jī)中，將所需劑量的樹(shù)脂溶解于環(huán)己酮或甲醇溶劑使其溶解成樹(shù)脂溶液；攪拌均勻后倒入球磨機(jī)內(nèi)所需處理的混合粉中，將球體直徑10~20mm的磨球按照2:1~3:1球料比配制好后加入到攪拌球磨機(jī)中，起動(dòng)攪拌球磨機(jī)，經(jīng)5~60小時(shí)的充分?jǐn)嚢枨蚰?，使混合粉各組分及樹(shù)脂液都分布均勻，將各組元粉末顆粒包裹起來(lái)，并粘結(jié)在一起，制備成微納米組合粉末； (5)干燥 將球磨好的組合粉末從球磨機(jī)中倒出，然后經(jīng)150°C~200°C干燥； (6)破碎和篩分 將干燥好的組合粉末進(jìn)行破碎，由篩粉機(jī)篩出粒度范圍為+150目~-350目的粉末分別作為成品粉，即得所需成分、所需粒度等級(jí)而又不會(huì)發(fā)生組分偏析的組合粉末。
【文檔編號(hào)】C23C24/10GK103495737SQ201310491514
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月17日
【發(fā)明者】丁剛, 丁家偉, 耿德英, 張瑩, 謝宗翰, 王愛(ài)華, 郭洪才, 印杰, 孫健, 張寧, 強(qiáng)穎懷, 郭長(zhǎng)慶 申請(qǐng)人:江蘇盛偉模具材料有限公司