專利名稱：一種替代鍍硬鉻的涂層材料及其激光熔覆制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵基合金超硬涂層材料及其制備方法，更特別的是ー種替代傳統(tǒng)高污染的鍍硬鉻涂層材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
在石油開采、礦山機(jī)械、工程機(jī)械、采煤行業(yè)、電カ等行業(yè)，經(jīng)常要求零部件具有優(yōu)異的耐磨性及抗腐蝕性能，特別對于精密程度較高的零部件，輕微的磨損或者腐蝕，將意味著零件的報廢，因此造成大量貴重金屬材料的資源浪費。鍍硬鉻エ藝是目前エ業(yè)企業(yè)通常采用的提高材料抗磨以及抗腐蝕的途徑。其優(yōu)點是鍍鉻層均勻、硬度高且抗腐蝕、生產(chǎn)效率高且成本低，其缺點是對環(huán)境的污染很大，并且鍍鉻層與基體結(jié)合力差，在使用過程中常出現(xiàn)鼓泡、起皮等問題。目前，迫于環(huán)境污染的壓力，鍍硬鉻エ藝正逐漸邁向被取締。因此，很多技術(shù)部門正在尋求ー種可替代鍍硬鉻的涂層制備方式。目前熱噴涂技術(shù)在涂層結(jié)合力以及涂層致密性方面存在一定缺陷，常規(guī)堆焊技術(shù)在制備涂層時對基材的熱影響較大。激光熔覆技術(shù)屬于ー種綠色加工方法，激光熔覆層具有組織細(xì)密、成分均勻、涂層與基體冶金結(jié)合好等優(yōu)點。然而基于圓光斑、低掃描速度的常規(guī)激光熔覆方法，因其效率較低而不能滿足エ業(yè)企業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的需要。在材料體系方面，鎳基或鈷基的涂層價格昂貴，不適宜大量消耗的產(chǎn)品。針對上述問題，本發(fā)明設(shè)計了成本低廉的Fe基合金涂層材料，并充分發(fā)揮激光熔覆技術(shù)在涂層性能以及涂層質(zhì)量方面的優(yōu)勢，突破常規(guī)的エ藝特點與工作效率，采用大光斑、高功率快速掃描，顯著提高激光熔覆效率，滿足生產(chǎn)的實際需要。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前傳統(tǒng)鍍硬鉻エ藝技術(shù)的高污染以及使用過程中的鼓泡、起皮等問題，發(fā)明ー種替代鍍硬鉻的廉價涂層 材料以及高效率的激光熔覆制備方法，高效率獲得與基體冶金結(jié)合且性能優(yōu)異的涂層材料，滿足實際生產(chǎn)對涂層性能、結(jié)合強(qiáng)度以及生產(chǎn)效率的需要。一種替代鍍硬鉻的涂層材料，其特征在干，該涂層材料的各組分質(zhì)量百分比如下C :0. 8-1. 0 wt%、Cr 4. 0-8. 0 wt%、N1:2. 0-3. 0 wt%、S1:0. 4-0. 8 wt%、Mo :5. 0-7. 0 wt%、W
6.0-10. 0 wt%> Mn 0. 3-0. 6 wt%,余量 Fe。上述的一種替代鍍硬鉻的涂層材料的激光熔覆制備方法，其特征在于，包括以下步驟(I)按上述組分的質(zhì)量百分比選取金屬原料；(2)采用水霧化或氣霧化的方式用上述金屬原料制備Fe基粉末，過篩后得到10-50 iim粒度范圍的粉末；(3)選取將要強(qiáng)化的零部件作為基體，對零件的待強(qiáng)化或待修復(fù)區(qū)域進(jìn)行噴砂處理，并采用壓縮空氣除去顆粒雜物，然后用酒精擦洗表面；(4)利用基于同步送粉技術(shù)的激光熔覆エ藝在零件表面制備Fe基涂層，實現(xiàn)零部件的強(qiáng)化或修復(fù)，具體エ藝參數(shù)設(shè)置為激光熔覆功率為8 10KW，采用矩形光斑，光斑尺寸在長度方向為12-20mm，寬度方向為2_4mm，光束掃描線速度為1000 1500mm/min，送粉器送粉速率為80-120g/min，激光熔覆過程采用流量為15 20L/min的氬氣保護(hù)；(5)后續(xù)磨削機(jī)械加工，加工至零件尺寸及所要求的粗糙度。本發(fā)明的積極效果本發(fā)明提供的一種替代鍍硬鉻的涂層材料及其激光熔覆制備方法，涂層與基體材料為冶金結(jié)合，克服了鍍鉻的缺點，并通過高效率的大面積激光熔覆，滿足實際生產(chǎn)的需要。同時，所設(shè)計的Fe基高性能材料價格低廉以及高效率的エ藝過程能被用戶所接受，為生產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)造較大的利潤空間。
具體實施例方式實施例1(1)選取典型的 Fe 基材料配方，C 0. 8 wt%、Cr :4. 0wt%、N1:2. 0wt%、S1:0. 4wt%，Mo 5. 0 wt%， W 6. 0 wt%，Mn :0. 3 wt%,余量 Fe ；(2)采用氬氣霧化的方式得到Fe基合金粉末，過篩后得到10-50 iim粒度范圍的粉末；(3)選取重型發(fā)動機(jī)活塞環(huán)槽為強(qiáng)化對象，活塞材質(zhì)為16CrMo4_4，對活塞環(huán)槽的待強(qiáng)化或待修復(fù)區(qū)域進(jìn)行噴砂處理，并采用壓縮空氣除去顆粒雜物，然后用酒精擦洗表面；(4)利用基于同步送粉技術(shù)的激光熔覆エ藝在零件表面制備Fe基涂層，實現(xiàn)活塞環(huán)槽的強(qiáng)化或修復(fù)，具體エ藝參數(shù)設(shè)置為半導(dǎo)體激光器輸出功率為8 KW，矩形光斑尺寸為12X2 _，光束掃描線速度為1500 mm/min，送粉器送粉速率為80 g/min，激光熔覆過程采用流量為15 L/min的氬氣保護(hù)；(5)采用金剛石成型砂輪磨削加工活塞環(huán)槽，將激光熔覆區(qū)加工至零件技術(shù)要求尺寸，粗糙度達(dá)到Ra0. 4。下面對本實施例得到的Fe基合金涂層進(jìn)行性能測試。1、腐蝕實驗將無磁涂層材料在YW/R-150鹽霧實驗箱內(nèi)進(jìn)行腐蝕試驗，NaCl的質(zhì)量濃度為(5±0.1) %，pH值為6. 5 7. 2，得到涂層材料的腐蝕率為0. 38g/m2 h (測試條件250C X 168h)，具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。2、顯微硬度用HR-150A型洛氏硬度計對涂層樣品進(jìn)行硬度測試，對激光熔覆層表面進(jìn)行進(jìn)行多點測試并計算平均值，其硬度值為HRC63。以上數(shù)據(jù)均說明激光熔覆制備的Fe基合金性能優(yōu)異。實施例2(1)選取典型的 Fe 基材料配方，C :0. 90 wt%、Cr :6. 0 wt%、N1:2. 5 wt%、S1:0. 6wt%， Mo 6. 0 wt%， W 8. 0 wt%，Mn :0. 45wt%,余量 Fe ；(2)采用水霧化的方式得到Fe基合金粉末，過篩后得到10_50 U m粒度范圍的粉末；
(3)選取工程機(jī)械行業(yè)活塞桿做為要強(qiáng)化的對象，材質(zhì)為45鋼，對零件的待強(qiáng)化或待修復(fù)區(qū)域進(jìn)行噴砂處理，并采用壓縮空氣除去顆粒雜物，然后用酒精擦洗表面；(4)利用基于同步送粉技術(shù)的激光熔覆エ藝在活塞桿零件表面制備Fe基涂層，實現(xiàn)零部件的強(qiáng)化或修復(fù)，具體エ藝參數(shù)設(shè)置為激光熔覆功率為9 KW，采用矩形光斑，光斑尺寸在長度方向為16X3 _，光束掃描線速度為1200 mm/min，送粉器送粉速率為100 g/min，激光熔覆過程采用流量為17 L/min的氬氣保護(hù)。(5)采用金剛石砂輪磨削加工活塞桿表面，將激光熔覆區(qū)加工至零件技術(shù)要求尺寸，粗糙度達(dá)到RaO. 4。下面對本實施例得到的Fe基合金樣品進(jìn)行性能測試1、腐蝕實驗將Fe基涂層材料樣品放在YW/R-150鹽霧實驗箱內(nèi)進(jìn)行腐蝕試驗，NaCl的質(zhì)量濃度為(5±0.1) %，pH值為6. 5 7. 2，得到涂層材料的腐蝕率為0. 32g/m2 h (測試條件250C X 168h)，具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。2、顯微硬度用HR-150A型洛氏硬度計對涂層樣品進(jìn)行硬度測試，對激光熔覆層表面進(jìn)行進(jìn)行多點測試并計算平均值，其硬度值為HRC65。以上數(shù)據(jù)均說明激光熔覆制備的Fe基合金性能優(yōu)異。實施例3 (I)選取典型的 Fe 基材料配方，C 1. 0 wt%、Cr :8. 0 wt%、N1:3. 0 wt%、S1:0. 8wt%>Mo 7. 0 wt%> W 10. 0 wt%>Mn :0. 6 wt%,余量 Fe ；(2)采用氬氣霧化的方式得到Fe基合金粉末，過篩后得到10_50 U m粒度范圍的粉末；(3)選取煤機(jī)行業(yè)液壓支柱為激光強(qiáng)化對象，材質(zhì)為27SiMn，對零件的待強(qiáng)化或待修復(fù)區(qū)域進(jìn)行噴砂處理，并采用壓縮空氣除去顆粒雜物，然后用酒精擦洗表面；(4)利用基于同步送粉技術(shù)的激光熔覆エ藝在液壓支柱零件表面激光熔覆制備Fe基涂層，實現(xiàn)零部件的強(qiáng)化或修復(fù)，具體エ藝參數(shù)設(shè)置為C02激光器輸出功率為10 Kff,矩形光斑尺寸為20 mmX4 mm,光束掃描線速度為1000 mm/min,送粉器送粉速率為120 g/min，激光熔覆過程采用流量為20 L/min的氬氣保護(hù)。(5)采用金剛石砂輪磨削加工活塞桿表面，將激光熔覆區(qū)加工至零件技術(shù)要求尺寸，粗糙度達(dá)到RaO. 4。下面對本實施例得到的Fe基合金樣品進(jìn)行各種性能測試。1、腐蝕實驗將Fe基涂層材料樣品放在YW/R-150鹽霧實驗箱內(nèi)進(jìn)行腐蝕試驗，NaCl的質(zhì)量濃度為(5±0.1) %，pH值為6. 5 7. 2，得到涂層材料的腐蝕率為0. 29g/m2 h (測試條件250C X 168h)，具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。2、顯微硬度用HR-150A型洛氏硬度計對涂層樣品進(jìn)行硬度測試，對激光熔覆層表面進(jìn)行多點測試并計算平均值，其硬度值為HRC67。以上數(shù)據(jù)均說明激光熔覆制備的Fe基合金性能優(yōu)異。
權(quán)利要求
1.一種替代鍍硬鉻的涂層材料，其特征在干，該涂層材料的各組分質(zhì)量百分比如下C :0. 8-1. 0 wt%、Cr 4. 0-8. 0 wt%、N1:2. 0-3. 0 wt%、S1:0. 4-0. 8 wt%、Mo :5. 0-7. 0 wt%、W 6. 0-10. 0 wt%>Mn 0. 3-0. 6 wt%,余量 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種替代鍍硬鉻的涂層材料的激光熔覆制備方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)按上述組分的質(zhì)量百分比選取金屬原料； (2)采用水霧化或氣霧化的方式用上述金屬原料制備Fe基粉末，過篩后得到10-50u m粒度范圍的粉末； (3)選取將要強(qiáng)化的零部件作為基體，對零件的待強(qiáng)化或待修復(fù)區(qū)域進(jìn)行噴砂處理，并采用壓縮空氣除去顆粒雜物，然后用酒精擦洗表面； (4)利用基于同步送粉技術(shù)的激光熔覆エ藝在零件表面制備Fe基涂層，實現(xiàn)零部件的強(qiáng)化或修復(fù)，具體エ藝參數(shù)設(shè)置為激光熔覆功率為8 10KW，采用矩形光斑，光斑尺寸在長度方向為12-20mm，寬度方向為2_4mm，光束掃描線速度為1000 1500mm/min，送粉器送粉速率為80-120g/min，激光熔覆過程采用流量為15 20L/min的氬氣保護(hù)； (5)后續(xù)磨削機(jī)械加工，加工至零件尺寸及所要求的粗糙度。
全文摘要
一種替代鍍硬鉻的涂層材料及其激光熔覆制備方法涉及鐵基合金超硬涂層材料領(lǐng)域。該涂層材料的各組分質(zhì)量百分比如下C0.8-1.0 wt%、Cr4.0-8.0 wt%、Ni2.0-3.0 wt%、Si0.4-0.8 wt%、Mo5.0-7.0 wt%、W6.0-10.0 wt%、Mn0.3-0.6 wt%，余量Fe。制備步驟采用水霧化或氣霧化的方式用上述金屬原料制備Fe基粉末，過篩后得到10-50μm粒度范圍的粉末；選取將要強(qiáng)化的零部件作為基體，對零件的待強(qiáng)化或待修復(fù)區(qū)域進(jìn)行噴砂處理，并采用壓縮空氣除去顆粒雜物，然后用酒精擦洗表面；利用基于同步送粉技術(shù)的激光熔覆工藝在零件表面制備Fe基涂層，實現(xiàn)零部件的強(qiáng)化或修復(fù)，后續(xù)磨削機(jī)械加工，加工至零件尺寸及所要求的粗糙度。本發(fā)明滿足實際生產(chǎn)對涂層性能、結(jié)合強(qiáng)度以及生產(chǎn)效率的需要。
文檔編號C23C24/10GK103060707SQ201310000390
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月1日
發(fā)明者楊膠溪, 胡星 申請人:北京工業(yè)大學(xué)