提高激光熔覆中42CrMo鋼性能的方法
【專利說(shuō)明】提高激光膝覆中42CrMo鋼性能的方法
[0001] 本發(fā)明申請(qǐng)是母案申請(qǐng)"激光烙覆用高賭合金粉末及烙覆層制備方法和用途"的 分案申請(qǐng)，母案申請(qǐng)申請(qǐng)日為2013年10月10日，母案申請(qǐng)申請(qǐng)?zhí)枮?013104711065。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明設(shè)及多主元激光烙覆材料及烙覆層制備領(lǐng)域，更加具體地說(shuō)，具體設(shè)及一 種激光烙覆用高賭合金粉末及烙覆層制備方法和用途。
【背景技術(shù)】
[0003] 激光烙覆是近年來(lái)快速發(fā)展的一種表面改性技術(shù)，它通過(guò)在基材表面添加烙覆材 料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起烙凝的方法，從而在基材表面形成 冶金結(jié)合的烙覆層。傳統(tǒng)的激光烙覆粉末是W單一主元為基體的合金體系，如儀基、鐵基、 鉆基自烙性合金粉末，而多主元高賭合金是上世紀(jì)九十年代由我國(guó)臺(tái)灣學(xué)者葉均蔚教授提 出的一種新型合金，此種合金設(shè)計(jì)理念的提出，打破了傳統(tǒng)合金單元素為主的設(shè)計(jì)思想，開(kāi) 啟了一個(gè)新的合金設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
[0004] 按照G化bs相規(guī)則，當(dāng)合金由多種主要元素組成時(shí)，F(xiàn) = c-P+1，F(xiàn)為自由度，C為組 元數(shù)，P為相數(shù)。在恒壓下，一個(gè)C組元系統(tǒng)中最大的平衡相數(shù)P=C+1。因此，高賭合金傾向于 形成簡(jiǎn)單固溶體，而不是形成金屬間化合物，使得合金內(nèi)相的總數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于G化bs相規(guī)則所 允許的數(shù)值。高賭效應(yīng)是造成運(yùn)種現(xiàn)象的原因。由于高賭效應(yīng)抑制了脆性金屬間化合物的 出現(xiàn)，高賭合金凝固后不僅不會(huì)形成數(shù)目眾多的金屬化合物，反而形成簡(jiǎn)單的體屯、立方或 面屯、立方相甚至非晶質(zhì)，所得相數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于平衡相率所預(yù)測(cè)的相數(shù)。因此，通過(guò)適當(dāng)?shù)暮辖?配方設(shè)計(jì)，可獲得高硬度、高加工硬化、耐高溫軟化、耐高溫氧化、耐腐蝕、高電阻率等優(yōu)異 特性，可應(yīng)用于耐高溫材料，化工、艦船耐腐蝕性材料，飛機(jī)滿輪葉片、高溫爐的耐熱材料， 具有很大的應(yīng)用前景。
[0005] 但由于高賭合金粉末中不同種類的金屬元素之間及其與基體材料之間密度、烙 點(diǎn)、比熱和膨脹系數(shù)等熱物理性能存在較大差異，直接用于激光烙覆時(shí)難W獲得表面連續(xù)、 成形良好、成分均勻的烙覆層。因此，配制適合于激光烙覆的高賭合金粉末是顯得尤為必 要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種高賭合金粉末材料及烙覆層 制備方法，獲得成形良好的烙覆層，提高材料硬度和耐磨性。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)目的通過(guò)下述技術(shù)方案予W實(shí)現(xiàn)：
[000引激光烙覆用高賭合金粉末，由。6、化、化、41、51和胞元素粉末組成，即合金粉末組 成表示為FeNi化A1 SiMnx，X為Μη的摩爾比且其取值范圍為0~1，具體來(lái)說(shuō)，所述Fe、Ni、化、 Al、Si之間為等摩爾比，調(diào)整金屬Μη的用量，W使其使用摩爾量與Si(或者其余四種元素）的 摩爾比為0~1，優(yōu)選0.3-1，更加優(yōu)選0.5-0.7。
[0009] 在進(jìn)行制備時(shí)，首先按照各自元素的摩爾比進(jìn)行配比計(jì)算，準(zhǔn)確稱量各個(gè)組分的 質(zhì)量后將其進(jìn)行充分混合W均勻即可，例如采用電子稱稱取各種元素的粉末，在研鉢中研 磨半小時(shí)使其混合均勻。其中選用各個(gè)組分均為純度大于等于99%的粉末，粒徑為100-500目，優(yōu)選200-300目。
[0010] 利用本發(fā)明的合金粉末應(yīng)用到激光烙覆焊接中，將激光烙覆用高賭合金粉末和乙 醇混合后，均勻涂覆在基體材料表面，干燥后通過(guò)激光烙覆即可獲得烙覆層。
[0011] 其中所述乙醇選用分析純的無(wú)水乙醇，在激光烙覆用高賭合金粉末和乙醇混合物 中，按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)由92~95%的合金粉末與5~8%的乙醇組成。
[0012] 在混合后，形成糊狀或膏狀，W便于在基體材料表面繼續(xù)涂覆，經(jīng)涂覆后在基體材 料表面形成預(yù)制層，所述預(yù)制層厚度為l-2mm。
[0013] 在進(jìn)行激光烙覆時(shí)，選用基體材料為42CrMo鋼，工藝參數(shù)為：激光功率為1550~ 1650KW，光斑直徑為0.8~1.0mm，掃描速度為150~200mm/min，離焦量為0mm，保護(hù)氣體采用 氣氣或氮?dú)猓瑲怏w流量為20~25L/min;優(yōu)選激光功率為1580~1620KW，光斑直徑為0.8~ 1.0mm，掃描速度為180~200mm/min，離焦量為0mm，保護(hù)氣體采用氣氣，氣體流量為22~ 25L/min。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0015] (1)本發(fā)明合金粉末中，除去基本元素鐵之外充分發(fā)揮各個(gè)元素的最大性能，Ni主 要用于提高材料潤(rùn)濕性并改善烙覆層性能，化主要通過(guò)固溶強(qiáng)化提高烙覆層硬度W及用于 提高烙覆層耐蝕性，A1主要提高烙覆層的抗高溫氧化性能，并通過(guò)固溶強(qiáng)化作用和增大晶 界滑移阻力來(lái)提高烙覆層硬度。此外，由于侶表面極易氧化形成致密的氧化膜，在合金中添 加 A1還可W提高烙覆層的耐蝕性，Si和Μη主要用于脫氧。
[0016] (2)本發(fā)明提供了一種高賭合金粉末及烙覆層制備方法，該方法工藝簡(jiǎn)單，實(shí)施簡(jiǎn) 便，成本適中，具有應(yīng)用價(jià)值。
[0017] (3)本發(fā)明制備了成形良好、硬度較高、耐磨性較好的烙覆層。此外，與其他方法相 比，激光烙覆獲得的涂層與基材結(jié)合強(qiáng)度更高。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為化NiCrAlSi烙覆層宏觀形貌。
[0019] 圖2為化NiCrAlSiMn烙覆層宏觀形貌。
[0020] 圖3為化NiCrAlSi烙覆層全貌。
[0021] 圖4為化NiCrAlSiMn烙覆層全貌。
[0022] 圖5為化NiCrAlSi烙覆層金相組織。
[0023] 圖6為化NiCrAlSiMn烙覆層金相組織。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。各個(gè)金屬元素來(lái)源如下表所 示：
[0025]

[0026] ~基體材料選用42CrMo鋼，采用機(jī)械打磨去除氧化物，采用丙酬去除油污，其化學(xué)成 分如下表(質(zhì)量分?jǐn)?shù)％ )所示
[0027]
[0028] ~按照下述方法進(jìn)行實(shí)施:
[0029] 1.按照摩爾比進(jìn)行化NiCrAlSiMnx(其中X為摩爾比，且其取值范圍為0~1)高賭合 金粉末配比計(jì)算，采用電子稱稱取各種元素的粉末，在研鉢中研磨半小時(shí)使其混合均勻。
[0030] 2.將92~95%的激光烙覆粉末與5~8%的乙醇混合成糊狀或膏狀后，涂覆在基體 材料表面，預(yù)制層厚度為l-2mm，風(fēng)干后通過(guò)激光烙覆即可獲得烙覆層。
[0031] 3.選擇激光器采用JK2003SM型Nd:YAG進(jìn)行激光烙覆。
[0032] 實(shí)施案例1
[0033] 1 .按照摩爾比進(jìn)行FeNiCrAlSiMnx(取x = 0)高賭合金粉末配比計(jì)算：Fe為 20mol %，Ni為20mol %，吐為20mol %，A1為20mol %，Si為20mol %，采用電子稱稱取各種元 素的粉末。
[0034] 2.倒入研鉢，在研鉢中研磨半小時(shí)使其混合均勻。
[0035] 3.將配制好的激光烙覆粉末，取92 %與8 %乙醇混合成糊狀或膏狀后，涂覆在 42CrMo鋼表面，預(yù)置層厚度為1mm，風(fēng)干后進(jìn)行激光烙覆。
[0036] 4.激光器采用JK2003SM型Nd: YAG，激光烙覆工藝參數(shù)為:激光功率為1550KW，光斑 直徑為0.8mm，掃描速度為180mm/min