一種用于連續(xù)式光纖激光表面合金化的鈷基金屬合金粉末的制作方法
【專利摘要】一種用于連續(xù)式光纖激光表面合金化的鈷基金屬合金粉末，屬于一種合金粉末。該合金粉末按重量百分比計，含有20-25％二氧化鈦，3-6％氧化鈰，8-12％氧化鋁，1-4％硅，5-8％鉍，余量為鈷和不可避免的雜質(zhì)。該鈷基金屬合金粉末，專用于高能連續(xù)光纖激光器的表面合金化過程，形成的合金化層組織致密，無氣孔、裂紋、縮孔等缺陷，并具有高硬度、高耐腐蝕性等優(yōu)異的金屬學(xué)性能。解決了現(xiàn)有連續(xù)式激光表面合金化工藝存在的激光的吸收效率偏低(30-40％)，表面合金層容易出現(xiàn)裂紋、氣孔等缺陷，而且其金屬性能滿足不了工藝生產(chǎn)需要的問題。
【專利說明】一種用于連續(xù)式光纖激光表面合金化的鈷基金屬合金粉末

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種合金粉末，特別是指一種用于連續(xù)式光纖激光表面合金化的鈷基 金屬合金粉末。

【背景技術(shù)】
[0002] 激光表面合金化是一種金屬材料表面局部改性處理的新方法，其原理是在高能激 光束的照射下，基體金屬材料表面與添加的合金元素或化合物同時熔化，混合，在液化層的 擴散作用和表面張力效應(yīng)等物理現(xiàn)象的影響下，熔化層在很短時間內(nèi)形成具有要求深度 (10?1000i!m)和化學(xué)成分的表面合金化層。激光合金化層就其完整性和與基體金屬的結(jié) 合強度而言是有其特殊性的。合金化層與基體之間可以形成純粹的冶金結(jié)合，因而保證了 極強的結(jié)合力。對基體的影響甚小，由于熱效應(yīng)也只發(fā)生在1?2_的范圍內(nèi)，因此，工件 不會發(fā)生很大的變形。激光表面合金化的工藝過程簡單、效率高，可以使材料表面獲得各種 合金材料的優(yōu)越性能，節(jié)約大量稀有和貴重的元素。
[0003] 在激光表面合金化過程中，合金化粉末的選擇是非常重要的一個環(huán)節(jié)。除了要達 到所需要的材料性能如合金層硬度、耐磨性、耐蝕性、抗氧化性能等外，還必須考慮在激光 作用下合金化材料與基體金屬熔體的相互作用，即它們?nèi)芙庑纬苫衔锏目赡苄?、浸潤性?線膨脹系數(shù)和比容等，以保證滿意的合金化效果。
[0004] 現(xiàn)有連續(xù)式激光表面合金化工藝存在的不足之處是：激光的吸收效率偏低 (30-40%)，表面合金層容易出現(xiàn)裂紋、氣孔等缺陷，而且其金屬性能滿足不了工藝生產(chǎn)的 需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是要提供一種用于連續(xù)式光纖激光表面合金化的鈷基金屬合金粉 末，解決現(xiàn)有連續(xù)式激光表面合金化工藝存在的激光的吸收效率偏低（30-40% )，表面合 金層容易出現(xiàn)裂紋、氣孔等缺陷，而且其金屬性能滿足不了工藝生產(chǎn)需要的問題。
[0006] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：一種用于連續(xù)光纖激光合金化的鈷基合金粉末， 按重量百分比計，含有20-25%二氧化鈦，3-6%氧化鈰，8-12%氧化鋁，1-4%硅，5-8%鉍， 余量為鈷；按比例取樣，粉碎后，配制成200-300目的鈷基金屬合金粉末。
[0007] 所述鈷基合金粉末的優(yōu)選重量百分比為：23%二氧化鈦，3%氧化鈰，11 %氧化鋁， 4%硅，7%鉍，余量為鈷。
[0008] 有益效果：本發(fā)明所述的鈷基金屬合金粉末，在連續(xù)式光纖激光合金化過程中，對 連續(xù)光纖激光具有較高的吸收率；形成合金化層的組織致密，無裂紋、縮孔、縮松、氣孔等缺 陷，并具有高硬度、高耐腐蝕性等優(yōu)異的金屬學(xué)性能；合金化前后無需熱處理過程，工序簡 便、環(huán)保。解決了現(xiàn)有連續(xù)式激光表面合金化工藝存在的激光的吸收效率偏低（30-40%)， 表面合金層容易出現(xiàn)裂紋、氣孔等缺陷，而且其金屬性能滿足不了工藝生產(chǎn)需要的問題。

【具體實施方式】
[0009] 下面通過具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述：
[0010] 本發(fā)明的用于連續(xù)光纖激光合金化的鈷基合金粉末，按重量百分比計，含有 20-25 %二氧化鈦，3-6 %氧化鈰，8-12 %氧化鋁，1-4 %硅，5-8 %鉍，余量為鈷。
[0011] 優(yōu)選重量配比為：23%二氧化鈦，3%氧化鈰，11%氧化鋁，4%硅，7%鉍，余量為 鈷。
[0012] 本發(fā)明所述的鈷基金屬合金粉末中各成分的作用分別如下：
[0013] 鈷（Co)元素：作為合金粉末的骨料，在合金化時徹底熔融，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合金化層。
[0014] 二氧化鈦（Ti02):是一種具有良好熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性的金屬氧化物材料，可 用作光催化劑、光電材料、催化劑載體、復(fù)合材料中的填充劑或惰性組分等；有利于提高本 發(fā)明的鈷基金屬合金粉末對激光的吸收率。
[0015] 氧化鈰（Ce02):該添加材料具有獨特的還原性和傳遞性，并具有良好的耐摩擦性 和很低的化學(xué)腐蝕性，對表面具有良好的磨光效果，也有益于提高合金粉末對連續(xù)式光纖 激光的吸收效果。
[0016] 氧化鋁（A1203):具有較好的機械強度和熱穩(wěn)定性、價格低廉等特點；線膨脹系數(shù) 較低，可降低合金粉末的熱脹系數(shù)和表面合金化層的開裂敏感性；可增強合金粉末對連續(xù) 式光纖激光的吸收效果，從而可以減少激光器的功率輸出，提高能源的利用率。
[0017] 鉍（Bi)元素：屬于低熔點材料，可用于降低合金粉末的熔點，減少能量消耗。
[0018] 硅（Si)元素：在合金粉末中起自行脫氧和造渣的作用，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)金屬過度氧化；還能降低合金的熔點，改善熔 體對基體金屬的潤濕能力，對合金的流動性及表面張力產(chǎn)生有利的影響；有利于提高表面 合金化層的硬度和耐磨損能力。
[0019] 實施例1 :將按重量百分比為20%二氧化鈦，3%氧化鈰，8%氧化鋁，1%硅，5% 鉍，余量為鈷的比例稱取500g樣品、經(jīng)粉碎、制樣后，配制得到200-300目的鈷基金屬合金 粉末。
[0020] 實施例2 :將按重量百分比為25%二氧化鈦，6%氧化鋪，12%氧化鋁，4%硅，8% 鉍，余量為鈷的比例稱取500g樣品、經(jīng)粉碎、制樣后，配制得到200-300目的鈷基金屬合金 粉末。
[0021] 實施例3 :將按重量百分比為23%二氧化鈦，3%氧化鋪，11%氧化鋁，4%硅，7% 鉍，余量為鈷的比例稱取500g合金樣品、經(jīng)粉碎、制樣后，配制得到200-300目的鈷基金屬 合金粉末。
[0022] 由實施例3配制得到的鈷基金屬合金粉末，在1600W連續(xù)光纖激光功率，光斑尺寸 10mm2,掃描速度22mm/s，送粉速率25g/min等工藝條件下，對基材為45號鋼的工件表面進 行激光合金化處理，檢測結(jié)果如下表所示：
[0023]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于連續(xù)式激光表面合金化的鈷基金屬合金粉末，其特征是：該合金粉末按重 量百分比計，含有20-25 %二氧化鈦，3-6 %氧化鈰，8-12 %氧化鋁，1-4%硅，5-8 %鉍，余量 為鈷；按比例取樣，粉碎后，配制成200-300目的鈷基金屬合金粉末。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于連續(xù)式激光表面合金化的鈷基金屬合金粉末，其特征 是：優(yōu)選重量百分比為：23%二氧化鈦,3%氧化鋪，11 %氧化錯,4%娃,7%秘，余量為鈷。
【文檔編號】B22F1/00GK104399968SQ201410629823
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月10日
【發(fā)明者】樊宇, 徐杰, 范賀良, 陳正, 田文騰, 郭躍 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)