可見，隨著激光功率的增加，熔覆層表面變得平整。
[0062]在預(yù)置涂層厚度、涂層粉末配比以及掃描速度一定的情況下，激光功率對熔覆層 顯微組織具有顯著影響。圖14-16為激光功率對涂層顯微組織的影響。
[0063] 圖14是激光功率為800W時涂層的SEM圖，可見熔覆層中原位生成的碳化鎢（WC) 數(shù)量較少，并且出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象。這是因?yàn)榧す夤β瘦^小，熱輸入不足，使得液相停留的時間 很短，因而生成的碳化鎢（WC)數(shù)量較少。
[0064] 圖15是激光功率為1400W時涂層的SEM圖，可見熔覆層中生成的碳化鎢（WC)數(shù) 量較多，并且分布均勻。此外，涂層與基體之間有一明顯的過渡區(qū)，表明它們之間呈冶金結(jié) 合。
[0065]圖16是激光功率為2000W時涂層的SEM圖，可見熔覆層中生成的碳化鎢（WC)數(shù) 量也比較稀少。分析認(rèn)為，激光功率特別大時，熔深、熔寬增加，并且熔池溫度很高，界面擴(kuò) 散強(qiáng)烈，稀釋率較大，碳化鎢（WC)形成元素的濃度降低，碳化鎢（WC)形核與長大困難，因而 原位生成的碳化鎢（WC)數(shù)量較少。
[0066]因此，激光功率過大過小均不利于原位合成碳化鎢（WC)陶瓷增強(qiáng)相。
[0067] 三、掃描速度的影響
[0068] 激光掃描速度的變化意味著激光與熔覆層作用時間的變化，導(dǎo)致單位面積的熱輸 入量不一樣。因此，掃描速度對熔覆后涂層的宏觀形貌和熔覆層的顯微組織具有重要影響。 圖17-19是掃描速度對熔覆層顯微組織的影響。
[0069]圖17是掃描速度為lmm/s時涂層的SEM圖，可見熔覆層中原位生成的塊狀碳化鎢 (WC)陶瓷數(shù)量較少，同時氣孔甚少。這是因?yàn)閽呙杷俣容^小時，熔深很大，稀釋率很大，預(yù)置 涂層成分受基體成分的嚴(yán)重污染，碳化鎢（WC)形成元素的濃度大大降低，因此涂層中生成 的碳化鎢（WC)數(shù)量較少。此外，掃描速度過小時，液態(tài)熔池停留時間較長，某些元素高溫下 發(fā)生氧化而產(chǎn)生的氣體能夠充分浮出熔池，因而氣孔非常少。
[0070] 圖18是掃描速度為3mm/s時涂層的SEM圖，可見熔覆層中氣孔較少，原位生成的 三角塊狀的碳化鎢（WC)顆粒陶瓷數(shù)量較多并且分布比較均勻。從圖中可見熔覆層與基體 明顯不同，但是它們之間有一層較薄的結(jié)合區(qū)，說明它們之間呈冶金結(jié)合，結(jié)合非常牢固。
[0071] 圖19是掃描速度為5mm/s時涂層的SEM圖。可見熔覆層中有大量氣孔，并且在低 倍SEM圖中可以觀察到熔覆層與基體之間根本沒有形成冶金結(jié)合。這是因?yàn)閽呙杷俣冗^大 時，液態(tài)熔池停留時間較短，氣體在熔融狀態(tài)時來不及逸出，留在熔覆層中便成為氣孔。此 外，掃描速度過大時，熔深非常小，導(dǎo)致基體表面未發(fā)生熔化，因而熔覆層與基體之間結(jié)合 不良。
[0072] 由此可見，掃描速度為3mm/s時，激光熔覆原位自生碳化鎢（WC)涂層可以獲得表 面平整度高、碳化鎢（WC)生成數(shù)量多且分布均勻、氣孔較少、結(jié)合強(qiáng)度高的熔覆層。
[0073] 四、熔覆層的顯微硬度值
[0074] 如圖20所示的是5號試樣所得到的碳化鎢陶瓷涂層增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料的顯微硬 度，其硬度值是從熔覆層表面向著內(nèi)部逐步測試的。圖中的橫坐標(biāo)為所測點(diǎn)與涂層表面的 距離，數(shù)值越大則說明所測點(diǎn)離熔覆涂層表面越遠(yuǎn)。從圖中的曲線變化情況可知熔覆涂 層的硬度值先逐漸升高，在達(dá)到最大值后急劇下降，降幅較大。熔覆層最大顯微硬度值為 2338. 2HV，最小顯微硬度值為211. 3HV，最大顯微硬度值出現(xiàn)在距離涂層表面0. 52mm處。 而在距離涂層表面0. 64mm處出現(xiàn)了顯微硬度值急速下降的現(xiàn)象。這說明在離涂層表面 0. 64_左右為熔覆層與基體的交界處。熔覆層的平均硬度為1978. 85HV，基體的平均硬度 為216. 15HV。從以上分析可知，通過激光熔覆原位自生得到的碳化鎢陶瓷涂層的硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn) 高于原始基體的硬度，明顯增強(qiáng)了材料表面的耐磨性能。
[0075] 本發(fā)明通過激光熔覆原位合成技術(shù)成功制備了碳化鎢顆粒增強(qiáng)相來增強(qiáng)鐵基復(fù) 合材料，涂層與基體之間有一過渡層，表明它們之間為原子結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度較高。其中原位 合成技術(shù)采用的是自蔓延高溫合成（簡稱SHS)，自蔓延高溫合成技術(shù)是利用自身反應(yīng)所釋 放的熱量使反應(yīng)持續(xù)不斷進(jìn)行，最終合成所需的產(chǎn)物。SHS的基本原理是利用外部能量促使 反應(yīng)體系的局部先發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（稱為點(diǎn)燃），后續(xù)反應(yīng)是在體系本身釋放大量熱量的條 件下進(jìn)行的，相鄰的反應(yīng)物憑借著反應(yīng)熱陸續(xù)向前發(fā)生反應(yīng)。在燃燒波不斷蔓延的過程中， 原先的混合物發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化成為產(chǎn)物，最終合成所需要的增強(qiáng)相。該方法制得的涂層與基 體之間有一過渡層，表明它們之間為原子結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度較高。
[0076] 本發(fā)明經(jīng)過XRD分析可知，涂層主要由碳化鎢（WC)組成。W與C的存在形式有WC 和Fe 3W3C等。由此可知利用激光熔覆鎢粉與碳粉獲得原位自生的碳化鎢是可行的。由SEM 觀察可知碳化鎢的存在形式主要為塊狀、三角狀等。激光熔覆原位自生碳化鎢的優(yōu)選的配 比為n(C) : n(W) =2 : 1，最佳工藝參數(shù)為激光功率為1400W，激光掃描速度為3mm/s，在 此工藝參數(shù)下可以生成較多的碳化鎢（WC)顆粒，并且分布較均勻，涂層表面比較平整。熔 覆層表面的最大表面顯微硬度值為2338. 2HV，最小值為211. 3HV，最大值是最小值的10倍 多。通過激光熔覆原位反應(yīng)得到的碳化鎢陶瓷增強(qiáng)鐵基涂層的顯微硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原始基體 的顯微硬度，大大增強(qiáng)了材料表面的耐磨性能。
[0077] 本發(fā)明不局限于上述【具體實(shí)施方式】，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi) 容，可以采用其他多種【具體實(shí)施方式】實(shí)施本發(fā)明的，或者凡是采用本發(fā)明的設(shè)計結(jié)構(gòu)和思 路，做簡單變化或更改的，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種激光熔覆碳化鎢陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基涂層，其特征在于：包括合金粉末，合金 粉末包括摩爾之比為2 : 1的鎢粉、石墨。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光熔覆碳化鎢陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基涂層，其特征在于：所 述合金粉末還包括還原鐵粉、絡(luò)粉、鎳粉、硼粉、娃粉和銅粉。還包括稀土氧化物粉末。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光熔覆碳化鎢陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基涂層，其特征在于，所 述合金粉末的成分及百分質(zhì)量比分別為：鎢粉55~60%、石墨7~9%、還原鐵粉23~ 30%、鉻粉0~3%、鎳粉2~6%、硼粉0? 3~1%、硅粉0? 4~1%、銅粉0? 5%。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光熔覆碳化鎢陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基涂層，其特征在于：所 述合金粉末還包括稀土氧化物粉末，該稀土氧化物粉末包括氧化鈰。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光熔覆碳化鎢陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基涂層，其特征在于：所 述合金粉末的成分及百分質(zhì)量比分別為：鎢粉55~60%、石墨7~9%、還原鐵粉23~ 30%、鉻粉0~3%、鎳粉2~6%、硼粉0? 3~1%、硅粉0.4~1%、銅粉0? 5%、氧化鈰 0? 5%〇6. -種用于權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的激光熔覆碳化鎢陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基涂層 的加工方法，其特征在于：①基體材料采用角向磨光機(jī)去除試板表層的鐵銹和油污，并用 砂紙打磨光亮，然后分別用丙酮和酒精清洗試板，再用電吹風(fēng)烘干，得到潔凈表面的基體試 板，②按比例稱取鎢粉、石墨、還原鐵粉、鉻粉、鎳粉、硼粉、硅粉和銅粉，繼而用球磨機(jī)充分 混合，③向混合后得到的粉末中加入鈉水玻璃粘結(jié)劑，充分?jǐn)嚢枵{(diào)成糊狀后涂覆在準(zhǔn)備好 的基體試板上，預(yù)置涂層厚度為0. 7mm，放入箱式電阻爐內(nèi)于180°C烘干兩小時以待熔覆， ④將帶有預(yù)置涂層的基體試板從箱式電阻爐內(nèi)取出，使用激光器對預(yù)置涂層進(jìn)行激光熔覆 試驗(yàn)，熔覆過程中激光功率分別為800~2000W，激光掃描速度分別為1~5mm/s，離焦量為 150_，光斑尺寸為3_。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光熔覆碳化鎢陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基涂層，其包括合金粉末，合金粉末包括摩爾之比為2∶1的鎢粉、石墨，合金粉末還包括還原鐵粉、鉻粉、鎳粉、硼粉、硅粉和銅粉；進(jìn)一步的優(yōu)選合金粉末的成分及百分質(zhì)量比分別為：鎢粉55～60％、石墨7～9％、還原鐵粉23～30％、鉻粉0～3％、鎳粉2～6％、硼粉0.3～1％、硅粉0.4～1％；本發(fā)明還公開了激光熔覆碳化鎢陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基涂層的加工方法，本發(fā)明通過激光熔覆原位合成技術(shù)成功制備了碳化鎢顆粒增強(qiáng)相來增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料，涂層與基體之間有一過渡層，表明它們之間為原子結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度較高。
【IPC分類】C23C24/10, B22F1/00
【公開號】CN105112908
【申請?zhí)枴緾N201510601351
【發(fā)明人】陳希章, 薛偉, 袁其兵
【申請人】溫州大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年9月14日