MoV鋼的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了Ni60/SiC復(fù)合粉末多道搭接激光熔覆Cr12MoV鋼的方法，按SiC：Ni60AA為1：9的質(zhì)量比充分混合均勻得到混合合金粉末，在鼓風(fēng)干燥機(jī)中150℃干燥3h，然后進(jìn)行預(yù)置激光熔覆，激光功率為3.1KW，掃描速度180mm/min，光斑直徑4mm，粉末厚度0.2mm，光斑搭接率為30%。本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提供的Ni60/SiC復(fù)合粉末多道搭接激光熔覆Cr12MoV鋼的方法，相比于傳統(tǒng)工藝，降低了激光熔覆技術(shù)中的氣孔率、裂紋率，有效解決了組織性能不均勻及熔覆材料體系不確定的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】N i 60/S i C復(fù)合粉末多道搭接激光熔覆Cr 12M〇V鋼的方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及Ni60/SiC復(fù)合粉末多道搭接激光熔覆Cr12MoV鋼的方法。

【背景技術(shù)】
[0003] CR12M0V模具鋼是高碳高鉬萊氏體鋼，它很高的淬透性使得其在材料表面400mm 以下也可以完全淬透，即使在300?400°C高溫環(huán)境下工作仍能具備較好的硬度和耐磨性， 但塑性卻比Crl2差，用于制造截面較大、形狀復(fù)雜或承載量較重的沖壓模具、切邊模、圓 鋸、量規(guī)和其他工具。冷作模具鋼在服役時(shí)，其表面的不同部位載荷性質(zhì)也不一樣，可能先 后或者同時(shí)出現(xiàn)兩種或兩種以上失效形式，并且失效大多是從表面開始，比如磨擦磨損、冷 熱交替疲勞、塑性變形和開裂，隨著使用次數(shù)的增加，逐步向周圍擴(kuò)展甚至內(nèi)部，最終導(dǎo)致 斷裂或大的尺寸變形。材料表面介質(zhì)和材料本體的性質(zhì)差異越來(lái)越明顯，加快了失效的速 度，或者說(shuō)原有材料設(shè)計(jì)原則已經(jīng)不能適應(yīng)新的材料的發(fā)展要求，這就要求對(duì)材料表面進(jìn) 行特殊加工處理，以滿足它的使用要求。由表面科學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展而來(lái)，目的在于防護(hù)材料表 面、改進(jìn)表面性能的激光熔覆技術(shù)在功能方面有五點(diǎn)：（1)節(jié)能減材，高效降低磨損或腐蝕 損失；（2)制備功能材料、新型元器件；（3)產(chǎn)品表面防護(hù)、修復(fù)、強(qiáng)化的有效措施；（4)優(yōu)化 環(huán)境和美化生活；（5)綠色再制造工程變廢為寶，避免二次污染。
[0004] 激光熔覆技術(shù)是通過(guò)預(yù)置熔覆材料或同步送料的方式被放置在襯底表面的激光 束照射，包括基體表面微薄一層金屬在內(nèi)的熔覆材料瞬間熔化的高溫熔體快速凝固形成與 基體材料組織性能完全不同的冶金結(jié)合涂層。早在20世紀(jì)80年代，我國(guó)已經(jīng)開始激光熔 覆技術(shù)的研宄，在1985年以前國(guó)內(nèi)外熔覆技術(shù)的發(fā)展較為緩慢，從1985年至1992年期間， 國(guó)內(nèi)外研宄學(xué)者主要集中研宄激光熔覆工藝優(yōu)化、熔覆材料體系特點(diǎn)、激光熔覆層的微觀 組織結(jié)構(gòu)和性能分析、熔覆層缺陷機(jī)制以及激光熔覆應(yīng)用等方面；1993年以來(lái)主要集中在 激光熔覆基礎(chǔ)理論和模型，專用熔覆材料研制，激光熔覆過(guò)程裂紋等缺陷的形成與消除機(jī) 制，激光熔覆工藝關(guān)鍵組成要素檢測(cè)與控制，激光熔覆高效率同步送粉器和噴嘴，新型熔覆 層研制，快速成型理論與激光熔覆技術(shù)的結(jié)合等領(lǐng)域的研宄。
[0005] 到目前為止，激光熔覆在多個(gè)方面業(yè)已取得很多的研宄成果。激光熔覆除了低稀 釋率、高性能、低能耗的特點(diǎn)外，因?yàn)?04-106 W/cm2高能量密度激光束快速凝固的特性，熔 覆材料不受一般冶金熱力學(xué)的限制，所用的熔覆材料范圍相當(dāng)廣泛。
[0006] 熔覆材料體系由最初的鐵基、鎳基、鈷基等自熔性合金粉末擴(kuò)充到如今的銅基、鈦 基、鎂基等其他合金基粉末材料，高熔點(diǎn)高硬度的碳化物、硼化物、氧化物、陶瓷，含羥基磷 灰石、CP涂層等生物涂層材料和復(fù)合粉末。材料狀態(tài)不只是粉末狀，還有絲帶狀、板條狀、 圓棒狀和軟膏狀等。利用激光熔覆工藝在基體材料表面熔覆陶瓷復(fù)合材料，母材的高塑性 高韌性增添優(yōu)良的耐磨、耐熱性能，可用于航空、模具行業(yè)，從而大大提高產(chǎn)品的使用壽命。 陶瓷粉末優(yōu)異的耐磨、耐高溫和耐蝕性能在制備高溫耐磨耐蝕涂層和熱障涂層上發(fā)揮了巨 大的作用，但由于陶瓷粉末和基體金屬的熱物理特性差異造成熔覆層開裂、變形、脫落等缺 陷。激光熔覆工藝的影響因素有激光功率、激光掃描速度、光斑尺寸、涂層材料的添加方式、 涂層材料的保護(hù)手段、搭接率和前后熱處理等，研宄表明，這些工藝參數(shù)將直接決定激光熔 覆層的宏觀形貌、顯微組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，對(duì)生物化學(xué)、電學(xué)等其他功能涂層的制備也有 著一定的影響作用。另外，在熔覆層性能方面包括硬度、結(jié)合強(qiáng)度、耐磨性能、耐蝕性能等。 熔覆層各組織的分布狀態(tài)、種類、特性和添加物的含量等都決定熔覆層的耐磨性能，由鑄造 WC和燒結(jié)狀態(tài)WC顆粒構(gòu)成的熔覆層的耐磨能明顯高于同含量的由碳化鎢單晶組成的熔覆 層的耐磨性，但碳化鎢含量過(guò)高將會(huì)降低熔覆層的耐磨性。
[0007] 激光熔覆技術(shù)近年來(lái)不管是在熔覆基礎(chǔ)理論的完善、熔覆材料體系的擴(kuò)充方面， 還是熔覆工藝控制、CAD/CAM技術(shù)的結(jié)合、各種熔覆層的制備方面，都取得了一定的成果，并 且在某些工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域也得到了一定的推廣應(yīng)用。但此項(xiàng)技術(shù)由于各種原因仍處于發(fā)展中 階段，還不夠成熟，一些關(guān)鍵問(wèn)題需要解決。
[0008] (1)氣孔問(wèn)題 熔覆層中的氣孔對(duì)熔覆層質(zhì)量和使用存在著極大的危害性。它 主要呈球形分布在熔覆層的中下部，這些氣孔極易誘發(fā)微裂紋，如過(guò)多，還將成為裂紋的萌 生源和擴(kuò)展渠道，另外氣孔存在也破壞了電極電位平衡，直接降低熔覆層的耐磨損耐腐蝕 性能。激光熔覆層內(nèi)的氣孔主要是因?yàn)榧す馊刍^(guò)程中高能輻照汽化或者高溫下碳與氧 劇烈反應(yīng)產(chǎn)生的金屬氣體、粉末蒸汽，在熔池快速凝固情況下來(lái)不及逸出而形成的。比如 FC- Cb系合金的氣孔主要是由于WC在2000°C左右高溫發(fā)生a -WC e β -WC相轉(zhuǎn)變，而后 在1300°C溶解和分解。同時(shí)在采用預(yù)置方式添加熔覆合金粉末時(shí)，如果粘結(jié)劑選擇不當(dāng)，同 樣可能在熔化過(guò)程中產(chǎn)生氣孔。
[0009] 在一般情況下，熔覆層氣孔的工藝條件是不能完全避免，但通過(guò)一些措施或方法 盡可能控制，目前常用的方法有：合金粉末貯運(yùn)前真空干燥并密封，防止氧化；激光熔覆前 對(duì)基體表面進(jìn)行清潔預(yù)處理，粉末保證干燥狀態(tài)，最大程度減小基體和粉末的氧化程度；熔 覆層設(shè)計(jì)時(shí)粉末厚度盡量薄，以利于及時(shí)逸出產(chǎn)生的氣體；如果條件允許，適當(dāng)增加激光功 率，降低掃描速度或者熔覆前進(jìn)行基體預(yù)熱，熔池的時(shí)間延長(zhǎng)，也可增加氣體逃逸時(shí)間。
[0010] (2)裂紋問(wèn)題 熔覆層開裂問(wèn)題一直是國(guó)內(nèi)外研宄學(xué)者極其關(guān)注的問(wèn)題，它直接影響材料的力學(xué)性能 和使用性能，甚至材料壽命。激光熔覆過(guò)程中，高能量激光束熔覆材料瞬時(shí)熔化的熔覆層材 料和襯底表面的金屬和快速冷卻的溫度梯度較大的界面處，熔覆層與基體的體積變化不一 致，即使同一材質(zhì)內(nèi)部不同位置因?yàn)槭軣崂鋮s引起的溫度梯度也不同，加上兩種材料的熱 膨脹系數(shù)、彈性模量等熱物性不同產(chǎn)生的熱應(yīng)力，除此以外，激光束快速掃描高溫熔化區(qū)域 受到周圍較低溫材料的約束的壓應(yīng)力和急速冷卻下來(lái)的熔覆區(qū)域不能自由收縮引起的拉 應(yīng)力，熔覆結(jié)束后材料內(nèi)部相當(dāng)部分殘余應(yīng)力殘留下來(lái)，熱應(yīng)力、約束應(yīng)力、組織應(yīng)力、殘余 應(yīng)力多方面作用，最終致使裂紋的產(chǎn)生。
[0011] 激光熔覆層內(nèi)不同的位置產(chǎn)生的裂紋形態(tài)、分布狀態(tài)也不同，可以分為三類，即熔 覆層裂紋、界面裂紋、搭接區(qū)裂紋。這三種裂紋的產(chǎn)生和熔覆層與基材自身的缺陷、熔覆材 料的選取和激光工藝有關(guān)。
[0012] 因此，控制裂紋的產(chǎn)生或擴(kuò)展可以從優(yōu)化熔覆工藝、合理設(shè)計(jì)熔覆材料方面入手。 為了減小裂紋萌生的機(jī)率，對(duì)激光熔覆功率密度、線能量或熱輸入量嚴(yán)格控制；制備硬質(zhì)相 含量漸變且無(wú)裂紋的梯度熔覆層；熔覆前進(jìn)行整體或基體預(yù)熱，熔覆后續(xù)熱處理，或者激光 重熔處理，這些工藝手段均能一定程度上防止熔覆裂紋的產(chǎn)生。至于熔覆材料，可以添加適 量低熔點(diǎn)合金元素以降低涂層內(nèi)部應(yīng)力集中程度，也可以加入適量稀土增加涂層韌性等等
[7]。
[0013] (3 )組織性能不均勻問(wèn)題 在激光熔覆過(guò)程中激光能量分布的不均勻性、熱量流入深度的不均勻性、熔覆材料熔 點(diǎn)分布的不一致以及微區(qū)成分不均勻性，導(dǎo)致組織晶粒不均勻形核，從而造成熔覆層組織 不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致不同位置性能不穩(wěn)定。由于組織不均勻、性能不穩(wěn)定極易引起相同載荷下 不同位置應(yīng)力應(yīng)變不一致，零部件出現(xiàn)裂紋或弱化晶界，最終導(dǎo)致早期失效。
[0014] 合金的粘度、表面張力、傳熱系數(shù)及合金元素間的交互作用對(duì)熔池對(duì)流的影響，勢(shì) 必影響成分的偏析，另外加上激光熔覆非常態(tài)凝固不均勻熱擴(kuò)散導(dǎo)致的成分偏析，這些問(wèn) 題在激光加工中存在工藝不穩(wěn)定性與重現(xiàn)性，結(jié)果也有一定的差異，因此，有必要制定合理 工藝標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)參數(shù)。比如調(diào)整激光功率、掃描速度或改善光束模式以改變?nèi)鄢卣w對(duì)流 為多微區(qū)對(duì)流來(lái)達(dá)到抵制熔覆層成分偏析程度，得到盡可能均勻的熔覆組織，滿足熔覆層 設(shè)計(jì)性能。
[0015] (4 )熔覆材料體系問(wèn)題 自激光熔覆技術(shù)誕生以來(lái)，熔覆材料體系由原來(lái)的單一合金粉逐漸發(fā)展到稀土元素、 多種類型一體化的復(fù)合材料，多元化的同時(shí)也存在制約熔覆技術(shù)應(yīng)用的問(wèn)題：缺少系列化 的專用材料體系，缺乏相應(yīng)的熔覆材料評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)以及熔覆層和基體界面問(wèn)題。 目前激光熔覆采用的熔覆材料大部分仍是熱噴涂材料。研宄表明，熱噴涂粉末應(yīng)用于激光 熔覆存在很多弊端。由于熱噴涂材料的組合物的凝固溫度范圍寬，不易形成孔洞，在激光熔 覆中除了對(duì)流，熱噴涂材料的B和Si元素含量較高，但熔池的時(shí)間短，作為脫氧劑還原得 到低熔點(diǎn)的硼硅酸鹽除了起到脫氧造渣作用，還會(huì)固沉于熔池底，殘留在熔覆層內(nèi)形成液 態(tài)薄膜，增加裂紋萌生機(jī)率或加劇熔覆層開裂，或者形成夾雜物。為此，人們通常采取以下 途徑改善這一現(xiàn)狀：保證使用性能前提下調(diào)整通用熱噴涂粉末化學(xué)成分，比如適量降低B、 Si、C等元素含量，添加若干種合金元素增加韌性相。盡管涂層的工藝性能一定程度上得到 了改善，但激光快熱快冷的特點(diǎn)使得這些問(wèn)題不能從根本上解決。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供了 Ni60/SiC復(fù)合粉末多道 搭接激光熔覆Cr12MoV鋼的方法。
[0017] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：Ni60/SiC復(fù)合粉末多道搭接激光 熔覆Cr 12MoV鋼的方法，按SiC :Ni60AA為1 :9的質(zhì)量比充分混合均勻得到混合合金粉末，在 鼓風(fēng)干燥機(jī)中150°C干燥3h，然后進(jìn)行預(yù)置激光熔覆，激光功率為3. 1KW，掃描速度180mm/ min，光斑直徑4mm，粉末厚度0. 2mm，光斑搭接率為30%。
[0018] 本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提供的Ni60/SiC復(fù)合粉末多道搭接激光熔覆 Cr12MoV鋼的方法，相比于傳統(tǒng)工藝，降低了激光熔覆技術(shù)中的氣孔率、裂紋率，有效解決了 組織性能不均勻及熔覆材料體系不確定的問(wèn)題。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 實(shí)施例1 : Ni60/SiC復(fù)合粉末多道搭接激光熔覆Cr12MoV鋼的方法，按SiC :Ni60AA為1 :9的質(zhì)量 比充分混合均勻得到混合合金粉末，在鼓風(fēng)干燥機(jī)中150°C干燥3h，然后進(jìn)行預(yù)置激光熔 覆，激光功率為3. 1KW，掃描速度180mm/min，光斑直徑4mm，粉末厚度0. 2mm，光斑搭接率為 30% 〇
[0020] 最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明， 盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可 以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的 保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. Ni60/SiC復(fù)合粉末多道搭接激光熔覆Cr12MoV鋼的方法，其特征在于，按SiC :Ni60AA 為1 :9的質(zhì)量比充分混合均勻得到混合合金粉末，在鼓風(fēng)干燥機(jī)中150°C干燥3h，然后進(jìn)行 預(yù)置激光熔覆，激光功率為3. 1KW，掃描速度180mm/min，光斑直徑4mm，粉末厚度0. 2mm，光 斑搭接率為30%。
【文檔編號(hào)】C23C24/10GK104480461SQ201410761888
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】孫有平, 白兆軍 申請(qǐng)人:廣西科技大學(xué)