一種激光熔覆材料及其制備方法，鋁青銅基表面改性材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于激光熔覆表面改性技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及激光熔覆材料及其制備方法， 鋁青銅基表面改性材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光表面改性技術(shù)已廣泛應(yīng)用于零件表面微觀結(jié)構(gòu)和成分改良，以提高其耐磨 性、抗腐蝕性、抗氧化性等性能。作為激光表面改性領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，激光熔覆技 術(shù)是改良材料表面性能的一種經(jīng)濟(jì)有效的手段，它利用激光光源的高能量，使特定的合金 粉末在基材表面發(fā)生一系列復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程和快速凝固過(guò)程，最終形成結(jié)合致密的冶 金涂層。與傳統(tǒng)的表面涂層技術(shù)，如熱噴涂、等離子熔覆等技術(shù)相比，激光熔覆具有熱影響 區(qū)小，熱形變量小，熔覆層組織晶粒細(xì)小、熔覆層和基層的結(jié)合為冶金結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)。激光熔 覆技術(shù)可在低成本的基材上制備高性能的表面涂層以節(jié)省大量的貴重合金、稀有金屬等材 料，極大地降低了制作成本，可廣泛應(yīng)用與汽車、航空、磨具乳輥等工業(yè)應(yīng)用，具有顯著的經(jīng) 濟(jì)效益和發(fā)展?jié)摿Α?br>[0003] CN103695899A公開了一種用于修復(fù)耐磨防腐熔覆層的鐵基激光熔覆粉末及其制 備方法，該粉末包括〇· 05wt %的氧、0· 05wt %的碳、1. 2wt %的娃、0· 4wt %的硼、15wt %的 鉻、5wt %的鎳、0. 2wt %的錳、1. 5wt %的鉬和余量的鐵，通過(guò)將原料粉末熔成液體后經(jīng)過(guò)高 壓氣霧化，在經(jīng)過(guò)冷卻后制得鐵基激光熔覆粉末；CN103752818A公開了一種用于激光熔覆 的含有高鉻含量的鐵基復(fù)合粉末，由Cr 38~40%，C 4. 2~4.5%，Ni 3~5%，Mo 0.05~ 0· 08%，Si 0· 8~1. 02%，B 1. 2~1. 78%和余量的鐵組成。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，恪覆粉末的設(shè)計(jì)多針對(duì)鐵基基材，如碳鋼、不鎊鋼等，針對(duì)其他基材 的應(yīng)用效果不得而知。在實(shí)際工程應(yīng)用中，鋁青銅材料因?yàn)榫哂辛己玫哪湍Σ聊p性能，所 以在一些關(guān)鍵的耐摩擦部位，鋁青銅類零部件應(yīng)用普遍。目前鋁青銅零部件在使用過(guò)程中， 磨損比較嚴(yán)重時(shí)，一般都作報(bào)廢處理，但是鋁青銅價(jià)格昂貴，直接報(bào)廢給企業(yè)造成了極大的 經(jīng)濟(jì)損失。
[0005] 開發(fā)一種適用于鋁青銅材質(zhì)的激光熔覆粉末，對(duì)過(guò)度磨損失效的鋁青銅零部件進(jìn) 行激光熔覆修復(fù)改性，恢復(fù)其有效尺寸，保證熔覆涂層的硬度，提高其摩擦磨損性能，同時(shí) 提高其耐腐蝕性能，使其能夠重新投入使用，具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種激光熔覆材料，使其適用于鋁青銅基材的激光熔覆修復(fù) 改性，保證熔覆涂層的硬度，提高其摩擦磨損性能，同時(shí)提高其耐腐蝕性能。
[0007] 本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供上述激光熔覆材料的制備方法。
[0008] 本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種鋁青銅基表面改性材料。
[0009] 本發(fā)明的第四個(gè)目的是提供上述鋁青銅基表面改性材料的制備方法。
[0010] 為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0011] -種激光熔覆材料，包括打底材料和功能材料，打底材料由以下質(zhì)量百分比的組 分組成：Ni 60%~80%，Cr 10%~15%，Si 0.5%~1%，C 0.3%~0.4%，F(xiàn)e 余量；功能 材料由以下質(zhì)量百分比的組分組成：Ni 9%~15%，氮化硼0. 1%~0.3%，碳化鎢0.5%~ 1%，B 0· 5%~0· 7%，Cr 25%~27%，Si 0· 5%~1%，C 0· 3%~0· 4%，F(xiàn)e 余量。
[0012] 本發(fā)明提供的激光熔覆材料，通過(guò)打底材料、功能材料的梯度設(shè)計(jì)，在保證熔覆層 與基層材料良好結(jié)合性能的基礎(chǔ)上，賦予熔覆層較高的硬度，保證其耐摩擦磨損性能；通過(guò) 合金元素的合理搭配，使熔覆層兼具優(yōu)良的耐腐蝕性能。
[0013] 所述打底材料和功能材料均為粉末狀。優(yōu)選的，粉末狀材料的粒度均為100~200 目。
[0014] 由打底材料形成的打底層中，Ni具有良好的潤(rùn)濕性，可與銅實(shí)現(xiàn)任意互溶，Ni含 量在60%~80%，可保證熔覆層與基體實(shí)現(xiàn)良好的化學(xué)冶金結(jié)合；Cr保證了打底層的耐摩 擦磨損性能，其為固溶元素，可溶解于基體材料中，引起一定的晶格畸變，賦予打底層一定 的硬度；Si有助于提高合金材料熔化熔覆過(guò)程中的造渣功能，使得合金在熔化過(guò)程產(chǎn)生的 各類雜質(zhì)，最大程度以廢渣形式排出；C在合金熔化過(guò)程中，可以與Fe形成合金化合物，有 助于提高打底層的硬度；打底層中各元素合理復(fù)配，可起到協(xié)同作用，在實(shí)現(xiàn)與基材良好結(jié) 合同時(shí)，均勻一致性好，結(jié)合致密，為功能層的激光熔覆創(chuàng)造了良好條件。
[0015] 由功能層材料形成的功能層中，Ni含量控制在9%~15%，可實(shí)現(xiàn)功能層與打底 層良好的冶金結(jié)合，有助于功能層和打底層形成一體結(jié)構(gòu)；Cr含量進(jìn)一步提高，可提高功 能層的硬度，保證其耐摩擦磨損性能；添加適量的B，可起到脫氧、造渣和潤(rùn)濕作用；添加適 量的氮化硼和碳化鎢，可以使激光熔覆涂層具有硬質(zhì)點(diǎn)，進(jìn)一步提高熔覆層的硬度，保證其 耐摩擦磨損性能；功能層中各元素合理搭配，可起到協(xié)同作用，在保證與打底層良好結(jié)合力 的基礎(chǔ)上，賦予熔覆層高硬度、高耐摩擦磨損和耐腐蝕性好等功能，實(shí)現(xiàn)了在鋁青銅表面進(jìn) 行抗腐蝕性能改性的目的，使得鋁青銅材料通過(guò)激光表面改性可以獲得較高的硬度，可應(yīng) 用于鋁青銅材料的磨損修復(fù)，實(shí)現(xiàn)零部件的重新利用。
[0016] -種上述激光熔覆材料的制備方法，包括：將鎳粉、鉻粉、硅粉、碳粉和鐵粉混合均 勻，研磨，得粒度為100~200目的打底材料；將鎳粉、氮化硼粉、碳化鎢粉、硼粉、鉻粉、硅 粉、碳粉和鐵粉混合均勻，研磨，得粒度為1〇〇~200目的功能材料。
[0017] 所述打底材料和功能材料的制備中，研磨的時(shí)間至少為6h。
[0018] 本發(fā)明提供的上述激光熔覆材料的制備方法，通過(guò)將原料粉充分研磨并控制粒 度，可以保證原料粉粒度均勻，不易相互團(tuán)聚，同時(shí)也容易采用同步送粉設(shè)備送粉；避免了 因原料粉粒徑粗大導(dǎo)致的熔覆層缺陷難以控制、涂層易開裂的問(wèn)題，有助于獲得金相組織 細(xì)化均勻，硬度和耐腐蝕性優(yōu)良的功能性熔覆涂層。
[0019] 上述激光熔覆材料的使用方法，包括以下步驟：
[0020] 1)將粉末狀打底材料以同步送粉方式，對(duì)待覆基體進(jìn)行激光熔覆，冷卻至室溫，得 到打底層；
[0021] 2)將粉末狀功能材料以同步送粉方式，在步驟1)所得打底層上進(jìn)行激光熔覆，即 可。
[0022] -種鋁青銅基表面改性材料，包括鋁青銅基體和由內(nèi)向外依次覆著在基體上的 打底層、功能層，所述打底層由打底材料通過(guò)激光熔覆于鋁青銅基體上而成，功能層由功 能材料通過(guò)激光熔覆于打底層上而成；所述打底材料由以下質(zhì)量百分比的組分組成：Ni 60%~80%，Cr 10%~15%，Si 0· 5%~1%，C 0· 3%~0· 4%，F(xiàn)e 余量；功能材料由以 下質(zhì)量百分比的組分組成：Ni 9%~15%，氮化硼0. 1%~0.3%，碳化鎢0.5%~1%，B 0· 5%~0· 7%，Cr 25%~27%，Si 0· 5%~1%，C 0· 3%~0· 4%，F(xiàn)e 余量。
[0023] 上述鋁青銅基表面改性材料的制備方法，包括以下步驟：
[0024] 1)取粉末狀打底材料以同步送粉方式對(duì)鋁青銅基體進(jìn)行激光熔覆，冷卻至室溫， 得到具有打底層的半成品；
[0025] 2)取粉末狀功能材料以同步送粉方式在步驟1)所得半成品的打底層上進(jìn)行激光 恪覆，即得。
[0026] 步驟1)和步驟2)中，所述激光熔覆的條件為激光輸出功率P = 2. 5KW~3. 5KW， 掃描速度V = 2. 5mm/s~3. 5mm/s，光斑尺寸d = 3mm，送粉速度為1. 5g/s。
[0027] 本發(fā)明提供的鋁青銅基表面改性材料，通過(guò)對(duì)打底材料和功能材料的依次熔覆， 有序的連接了打底層和功能層，實(shí)現(xiàn)了激光熔覆層對(duì)基體材料的梯度改性，所形成的涂 層中無(wú)裂紋孔洞產(chǎn)生，從而大大減低了熔覆層的開裂敏感性；同時(shí)熔覆層可實(shí)現(xiàn)與鋁青 銅基體的良好化學(xué)冶金結(jié)合；磨損失效的鋁青銅零部件經(jīng)過(guò)表面熔覆改性后，硬度可達(dá) HvlOOO,耐摩擦磨損性能與鋁青銅基材相當(dāng)，且對(duì)模擬海水的耐腐蝕性達(dá)到優(yōu)質(zhì)奧氏體不 銹鋼等級(jí)，可使零部件重新達(dá)到使用要求，從而有利于延長(zhǎng)零部件的使用壽命，節(jié)省企業(yè)成 本。
[0028] 本發(fā)明提供的鋁青銅基表面改性材料的制備方法，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，表面改性效果 好，適宜于大規(guī)模推廣應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1為實(shí)施例2所得鋁青銅基表面改性材料的金相組織圖；其中，（a)為鋁青銅基 體、打底層及二者結(jié)合區(qū)域的金相組織圖，（b)為打底層、功能層及二者結(jié)合區(qū)域的金相組 織圖，（c)為功能層中部的金相組織圖，（d)為功能層頂部的金相組織圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0031] 實(shí)施例1
[0032] 本實(shí)施例的激光熔覆材料，包括打底材料和功能材料，打底材料由以下質(zhì)量百分 比的組分組成：Ni 60%，Cr 10%，Si 0. 5%，C 0. 3%，F(xiàn)e余量；功能材料由以下質(zhì)量百分 比的組分組成：Ni 9%，氮化硼 0. 3%，碳化鎢 0. 5%，B 0. 5%，Cr 27%，Si 1%，C 0. 3%， Fe余量。
[0033] 本實(shí)施例的激光熔覆材料的制備方法，采用精度等級(jí)為0.0 OOlg的電子天平稱取 原料粉末，稱量誤差為±〇. 〇〇〇5g，將鎳粉、鉻粉、硅粉、碳粉和鐵粉混合均勻，研磨6h，得粒 度為100目的打底材料；將鎳粉、氮化硼粉、碳化鎢粉、硼粉、鉻粉、硅粉、碳粉和混合均勻， 研磨6h，得粒度為100目的功能材料。
[0034] 本實(shí)施例的鋁青銅基表面改性材料，包括鋁青銅基體和由內(nèi)向外依次覆著在基體 上的打底層、功能層，所述打底層由打底材料通過(guò)激光熔覆于鋁青銅基體上而成，功能層由 功能材料通過(guò)激光熔覆于打底層上而成。
[0035] 本實(shí)施例的鋁青銅基表面改性材料的制備方法，包括以下步驟：
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