CN106435568B - Mo-Ni-ZrO2梯度涂层及激光直接沉积制备方法 - Google Patents
Mo-Ni-ZrO2梯度涂层及激光直接沉积制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种Mo‑Ni‑ZrO2梯度涂层及激光直接沉积制备方法，梯度涂层具有若干个梯度层，各个梯度层均由Mo金属粉末、Ni金属粉末和ZrO2粉末复合而成，相邻两个梯度层的复合粉末的质量百分数不完全相同；制备方法：1)按梯度涂层各个梯度层成分配比，称料混合球磨后烘干，得复合粉末；2)将基板，除锈、去油污、酸洗吹干，备用；3)采用半导体激光器，将复合粉末作为原料，惰性气体保护下，通过直接沉积参数控制，按设定梯度层的顺序，在基板表面逐层进行激光直接沉积，直至获得所需尺寸的Mo‑Ni‑ZrO2梯度涂层；本发明度涂层，其平均硬度为420～477HV，具有良好的强韧性，应用于高速列车刹车盘、核电应急柴油机轴、钼顶头等摩擦部件的激光增材制造领域。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，特别涉及一种Mo-Ni-ZrO2梯度涂层及激光直接沉积制备方法。
背景技术
钼镍合金具有良好的高温耐磨性能，是制备高温摩擦零件的重要材料之一。激光直接沉积成形技术(3D打印)是制备高耐磨零件及其功能涂层的先进技术之一，与传统的减材加工工艺不同，激光直接沉积金属成形技术利用激光高能量性将所要沉积的金属粉末及金属基体表面熔化，待冷却后在金属基体上形成冶金结合涂层或者沉积成形零件的生产过程。该技术具有快速、无模具、近净成形的特点，而且沉积出的零件性能高、综合性能好、组织致密性好。而且针对高速列车刹车盘、核电应急柴油机轴、钼顶头等不同工况的表面高温疲劳摩擦零件，可以通过材料成分复合设计、成分梯度变化、原位陶瓷颗粒增强等技术路线，在钢铁零件表面制备出具有界面冶金结合高温耐磨功能的涂层，或者直接打印出具有复杂结构的成形零件，从而制备具有高耐磨、耐高温的机械摩擦关键部件及其功能涂层具有广泛的应用前景。
在激光直接沉积过程中，高能量的激光束作用到金属基体时，热能未能向材料表面深处传输，这使得材料表面区域温度急剧增加而形成热应力，当应力超过熔覆材料的强度极限时便会有裂纹产生。另外沉积材料在物理化学冶金反应中自身生成一些气体，在熔池中没来得及溢出就被保留在沉积层中。因此制备出无裂纹、气孔且具有良好性能的沉积层很关键。
发明内容
针对现有激光直接沉积成形(3D打印)制备高温耐磨合金梯度涂层存在的开裂、气孔问题，本发明提供一种Mo-Ni-ZrO2梯度涂层及激光直接沉积制备方法；从材料设计角度出发，以良好耐磨性的钼镍基复合材料的激光制备为目标，选择Mo、Ni金属粉末，通过添加ZrO2粉末的方法消除沉积层易出现的裂纹，并提高涂层的硬度，制备出无裂纹等缺陷的耐磨涂层，在优化了的复合粉末成分配方和激光直接沉积成形技术工艺下，研究出了用激光直接沉积成形先进制备技术制备无裂纹、无气孔等缺陷的耐高温耐磨Mo-Ni-ZrO2合金梯度涂层。
本发明的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层，具有若干个梯度层，各个梯度层均由Mo金属粉末、Ni 金属粉末和ZrO2粉末复合而成，相邻两个梯度层的复合粉末的质量百分数不完全相同；其中，各个梯度层复合粉末的质量百分数为，Mo金属粉末：30～40％：Ni金属粉末：59.5～69％：ZrO2粉末：0.5～1％，三种粉末的质量百分数之和为100％，Mo金属粉末的粒径为70～80μm，Ni金属粉末的粒径为70～80μm，ZrO2粉末的粒径为20～40nm。
上述的Mo金属粉末、Ni金属粉末和ZrO2粉末为球形形貌，且流动性良好，能用于激光器气动送粉。
本发明的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层，单一梯涂层厚度与Mo-Ni-ZrO2梯度涂层的总厚度，由实际需求而设定。
本发明的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层，具有3～6个梯度层。
本发明的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层，与其相结合的基体为3Cr2W8V合金钢、Q235合金钢、 24CrNiMo合金钢或12CrNi2合金钢中的一种。
本发明的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层，与基体相结合的方法为通过激光直接沉积方法。
本发明的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层，其平均硬度为420～477HV，与基体结合的界面熔合区域的硬度为550～600HV。
本发明的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层的激光直接沉积制备方法，以Mo、Ni为基本合金成分，通过添加ZrO2陶瓷颗粒形成新型合金粉末体系,利用激光直接沉积的方法在合金钢表面上制备 Mo-Ni-ZrO2高温耐磨合金梯度涂层，具体包括如下步骤：
步骤1，复合粉末的混合处理：
(1)按Mo-Ni-ZrO2梯度涂层各个梯度层的复合粉末的成分配比，分别称取Mo金属粉末、 Ni金属粉末和ZrO2粉末；
(2)对各个梯度层分别进行如下操作：将Mo金属粉末、Ni金属粉末和ZrO2粉末混合后，球磨混料后烘干，制得复合粉末；
步骤2，基板预处理：
将基板，除锈、去油污、酸洗吹干，备用；
步骤3，激光直接沉积成形：
采用半导体激光器，将复合粉末作为原料，在惰性气体保护下，通过激光直接沉积参数控制，按设定梯度层的顺序，在基板表面逐层进行激光直接沉积，当一层梯度层沉积完成后，清除表面残余粉末，观察表面是否产生裂纹：
如果表面产生裂纹，判定为不合格产品，返回步骤1重新操作；
如没有产生裂纹，按设定梯度层成分变化更换复合粉末，继续下一层梯度层激光直接沉积，直至获得所需尺寸的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层；
其中：半导体激光器的参数为：功率1600～2000W，扫描速度2～4mm/s，离焦量2～4mm，光斑直径(3～5)mm×(3～5)mm，送粉量3～4g/min，搭接率25～35％。
上述的制备方法中：
所述的步骤1(2)中，球磨混料的方法为：将三种粉末放在装有若干钢球的混瓶内，瓶外缠绕绝缘胶带，然后放在球磨滚筒机内混合6～10小时，滚筒机转速为320～400r/min；其中，三种粉末的质量和：钢球的质量和＝(5～6)：1，三种粉末的质量和：单一钢球的质量＝(25～30)： 1。
所述的步骤1(2)中，烘干采用燥箱。
所述的步骤2的具体操作为：砂轮对其表面进行除锈，使其表面光亮洁净，再用100～1000 号砂纸对其进行表面处理，丙酮去油污，盐酸酸洗，最后用酒精冲洗干净，吹干备用。
所述的步骤3中，惰性气体为氩气。
所述的步骤3中，进行激光直接沉积时，各个梯度层的激光扫描路径均相同。
本发明Mo-Ni-ZrO2梯度涂层及激光直接沉积制备方法，从材料设计角度出发，针对激光直接沉积成形(3D打印)Mo-Ni合金存在的变形开裂问题，以无裂纹、气孔等缺陷的Mo-Ni-ZrO2合金的激光直接沉积成形制备为目标，基于Mo-Ni高温耐磨合金体系特点，通过添加纳米级ZrO2的方法方法来消除裂纹气孔缺陷，同时发挥ZrO2陶瓷颗粒的增强金属合金的作用，利用半导体激光直接沉积成形系统，在耐热合金钢表面上制备无裂纹缺陷、界面冶金结合良好和高硬度的Mo-Ni-ZrO2高温耐磨梯度涂层，形成颗粒增强细晶组织结构材料，提高了Mo-Ni高温合金的硬度与耐磨性能，其硬度可达到477HV；本发明的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层及激光直接沉积制备方法为高速列车刹车盘、核电柴油机轴、钼合金顶头等摩擦零件表面先进高温耐磨涂层的制备提供技术基础，同时为高温耐磨关键摩擦零件的制备奠定理论与工艺基础。
附图说明
图1本发明实施例1的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层的激光直接沉积制备方法的激光扫描路径示意图；
图2本发明实施例1的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层的激光直接沉积制备方法的梯度涂层示意图；
图3本发明实施例1制备的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层的金相图；其中：(a)为Mo-Ni-ZrO2梯度涂层等轴晶区域金相照片，(b)为Mo-Ni-ZrO2梯度涂层柱状晶的金相照片；
图4本发明实施例1制备的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层的硬度曲线；
图5本发明实施例1制备的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层的XRD图谱；
图6本发明实施例1制备的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层的SEM形貌；
图7对比例的Mo-Ni梯度涂层的激光直接沉积制备方法的梯度涂层示意图；
图8对比例制备的Mo-Ni梯度涂层的金相显微照片；其中：(a)为沉积层顶部等轴晶组织区域，(b)为沉积层底部柱状晶组织区域；
图9对比例制备的Mo-Ni梯度涂层的SEM形貌；
图10对比例制备的Mo-Ni梯度涂层的硬度曲线；
图11对比例制备的Mo-Ni梯度涂层的XRD图谱。
具体实施方式
以下实施例中，基板材料3Cr2W8V、Q235合金钢和24CrNiMo合金钢为市场购买。
以下实施例中，Mo-Ni-ZrO2梯度涂层的各个梯度层，与基板结合的梯度层称为第一梯度层，与第一梯度层相邻的梯度层称为第二梯度层，与第二梯度层相邻的另一个梯度层称为第三梯度层。
以下实施例中，A％Mo+B％Ni+C％ZrO2复合粉末，表示复合粉末中，Mo金属粉末的质量百分含量为A％，Ni金属粉末的质量百分含量为B％，ZrO2粉末的质量百分含量为C％。
以下实施例中，Mo金属粉末、Ni金属粉末和ZrO2粉末为球形形貌，且流动性良好，能用于激光器气动送粉。
实施例1
一种Mo-Ni-ZrO2梯度涂层，由Mo金属粉末、Ni金属粉末和ZrO2粉末复合而成，具有3个梯度层；其中，第一梯度层为30％Mo+69％Ni+1％ZrO2复合粉末，第二梯度层为35％Mo+64.1％Ni+0.9％ZrO2复合粉末，第三梯度层为40％Mo+59.2％Ni+0.8％ZrO2复合粉末，Mo金属粉末的粒径为70～80μm，Ni金属粉末的粒径为70～80μm，ZrO2粉末的粒径为20～40nm；
本实施例的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层，第一梯度层厚度为0.7mm，第二梯度层厚度为0.7mm，第三梯度层厚度为0.6mm；与其相结合的基体为3Cr2W8V合金钢。
上述的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层的激光直接沉积制备方法，包括如下步骤：
步骤1，复合粉末的混合处理：
(1)按Mo-Ni-ZrO2梯度涂层各个梯度层的复合粉末的成分配比，分别称取Mo金属粉末、 Ni金属粉末和ZrO2粉末：
第一梯度层30％Mo+69％Ni+1％ZrO2复合粉末：90gMo金属粉末、207gNi金属粉末和 3gZrO2粉末；
第二梯度层35％Mo+64.1％Ni+0.9％ZrO2复合粉末：105gMo金属粉末、192.3gNi金属粉末和2.7gZrO2；
第三梯度层40％Mo+59.2％Ni+0.8％ZrO2复合粉末：120gMo金属粉末、177.6gNi金属粉末和2.4g ZrO2；
(2)对各个梯度层进行如下操作：将Mo金属粉末、Ni金属粉末和ZrO2粉末混合后，球磨混料后，采用燥箱烘干，制得复合粉末；其中，球磨混料的方法为：将三种粉末放在装有5 钢球的混瓶内，瓶外缠绕绝缘胶带，然后放在球磨滚筒机内混合5小时，滚筒机转速为360r/min；其中，钢球的质量和为50g，单一钢球的质量为10g；
步骤2，基板预处理：
将3Cr2W8V合金钢基板，切成10cm×20cm×1cm的块体，用砂轮对其表面进行除锈，使其表面光亮洁净平整，再用100号砂纸对其表面进行打磨，之后分别用400、800号砂纸处理表面，然后用丙酮祛油污，用盐酸酸洗，最后用酒精冲洗干净吹干备用；
步骤3，激光直接沉积成形：
采用FL-Dlight02-3000w半导体激光器，将复合粉末作为原料，在氩气气体保护下，通过控制激光器原料料选取，按设定梯度层的顺序，在基板表面逐层进行激光直接沉积，从XY 平面原点坐标处开始沉积，Z轴移动距离为0.7mm，当第一梯度层沉积完成后，清除表面残余粉末，观察表面没有产生裂纹，原料按梯度层成分变化为第二梯度层复合粉末，激光器回到XY平面原点坐标处继续沉积，Z轴移动距离为0.7mm，继续第二梯度层激光直接沉积，当第二层梯度层沉积完成后，清除表面残余粉末，观察表面没有产生裂纹，原料按梯度层成分变化为第三梯度层复合粉末，激光器回到XY平面原点坐标处继续沉积，Z轴移动距离为 0.6mm，继续第三梯度层激光直接沉积，直至获得厚度为2mm的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层；
其中：FL-Dlight02-3000w半导体激光器的参数为：功率1800W，扫描速度3mm/s，离焦量4mm，光斑直径4mm×4mm，送粉量3.8g/min，搭接率30％；进行激光直接沉积时，各个梯度层的激光扫描路径均相同，激光扫描路径示意图如图1所示，制备的梯度涂层示意图如图2所示。
本实施例制备的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层的性能结果：
图3为本实施例制备的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层的金相照片。图3(a)为Mo-Ni-ZrO2梯度涂层等轴晶区域金相照片，图3(b)为Mo-Ni-ZrO2梯度涂层柱状晶的金相照片，通过图(a)和图(b) 可以看出：ZrO2的添加使晶粒的尺寸略有增大；
图4为本实施例制备的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层的硬度曲线，这部分沉积层的平均硬度为 477HV，添加了ZrO2后梯度涂层的平均硬度相对于对比例提高了189HV，涂层硬度数值比较均匀，由于激光制备第一层涂层过程中对合金钢表面进行了淬火使得硬度增强，在基体界面熔合区域硬度增加到了600HV左右。
图5为本实施例制备的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层的XRD分析图谱，根据衍射峰与物相特征谱线的对应关系，梯度涂层的主相为MoNi固溶体，析出相为Mo1.24Ni0.76及Ni3Zr；Mo与 Ni能够固溶形成固溶强化，在富Mo合金中，Ni的固溶增强了Mo基合金的强度，同时两种化合物也具有增强涂层硬度的作用。因为氧化锆受热分解，其中的Zr元素与Ni形成析出相 Ni3Zr。结合硬度结果分析看出，ZrO2在激光高能量作用下分解出来的Zr元素所形成的Ni3Zr 相具有增强涂层硬度的作用，同时没有分解的ZrO2也起到了颗粒增强涂层硬度的作用。
图6为本实施例制备的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层的SEM形貌。
表1为本实施例制备的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层的的典型区域的能谱分析成分表；
表1
结合图6可以看出：点1为MoNi固溶体，点2为Mo1.24Ni0.7。
对比例
一种Mo-Ni梯度涂层的激光直接沉积制备方法，包括如下步骤：
步骤1，复合粉末的混合处理：
(1)按Mo-Ni梯度涂层各个梯度层的复合粉末的成分配比，分别称取Mo金属粉末、Ni金属粉末和ZrO2粉末：
第一梯度层30％Mo+70％Ni复合粉末：90gMo金属粉末和210gNi金属粉末；
第二梯度层35％Mo+65％Ni复合粉末：105gMo金属粉末和195gNi金属粉末；
第三梯度层40％Mo+60％Ni复合粉末：120gMo金属粉末和180gNi金属粉末；
(2)对各个梯度层进行如下操作：将Mo金属粉末和Ni金属粉末混合后，球磨混料后，采用燥箱烘干，制得复合粉末；其中，球磨混料的方法为：将三种粉末放在装有5钢球的混瓶内，瓶外缠绕绝缘胶带，然后放在球磨滚筒机内混合5小时，滚筒机转速为360r/min；其中，钢球的质量和为50g，单一钢球的质量为10g；
步骤2，基板预处理：
将3Cr2W8V合金钢基板，切成10cm×20cm×1cm的块体，用砂轮对其表面进行除锈，使其表面光亮洁净平整，再用100号砂纸对其表面进行打磨，之后分别用400、800号砂纸处理表面，然后用丙酮祛油污，用盐酸酸洗，最后用酒精冲洗干净吹干备用；
步骤3，激光直接沉积成形：
采用FL-Dlight02-3000w半导体激光器，将复合粉末作为原料，在氩气气体保护下，通过控制激光器原料料选取，按设定梯度层的顺序，在基板表面逐层进行激光直接沉积，当第一梯度层沉积完成后，清除表面残余粉末，观察表面没有产生裂纹，按梯度层成分变化为第二梯度层复合粉末，继续第二梯度层激光直接沉积，当第二层梯度层沉积完成后，清除表面残余粉末，观察表面没有产生裂纹，按梯度层成分变化为第三梯度层复合粉末，继续第三梯度层激光直接沉积，直至获得厚度为2mm的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层；
其中：FL-Dlight02-3000w半导体激光器的参数为：功率1800W，扫描速度3mm/s，离焦量4mm，光斑直径4mm×4mm，送粉量3.8g/min，搭接率30％；进行激光直接沉积时，各个梯度层单独的扫描路径相同，制备的梯度涂层示意图如图7所示；第一梯度层厚度为0.6mm，第二梯度层厚度为0.7mm，第三梯度层厚度为0.6mm。
对比例制备的Mo-Ni梯度涂层的性能结果：
图8为对比例制备的Mo-Ni梯度涂层的金相图；图8(a)为沉积层组织中等轴晶区的金相图，等轴晶尺寸小且大小均匀，组织中没有气孔、裂纹缺陷；图8(b)是沉积层组织中柱状晶与等轴晶混合区；
图9为对比例制备的Mo-Ni梯度涂层的硬度曲线，由其硬度曲线可以看出沉积层的平均硬度为287.29HV，基板的硬度为460HV；
图10为对比例制备的Mo-Ni梯度涂层的XRD分析图。实验结果表明，根据衍射峰与物相特征谱线的对应关系，可知沉积层中主相为MoNi相，析出相为Mo1.2Ni0.76。
图11为对比例制备的Mo-Ni梯度涂层的的SEM形貌图；
表2为实施例制备的激光直接沉积Mo-Ni合金梯度涂层样品的典型区域能谱分析成分表；
表2
结合Mo-Ni梯度涂层样品XRD分析结果，点4处为Mo1.2Ni0.76，点5处为MoNi相。
实施例2
一种Mo-Ni-ZrO2梯度涂层，由Mo金属粉末、Ni金属粉末和ZrO2粉末复合而成，具有3个梯度层；其中，第一梯度层为40％Mo+59.2％Ni+0.8％ZrO2复合粉末，第二梯度层为35％Mo +64.1％Ni+0.9％ZrO2复合粉末，第三梯度层为30％Mo+69％Ni+1％ZrO2复合粉末，Mo金属粉末的粒径为70～80μm，Ni金属粉末的粒径为70～80μm，ZrO2粉末的粒径为20～40nm；
本实施例的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层，第一梯度层厚度为2.1mm，第二梯度层厚度为2.1mm，第三梯度层厚度为2.1mm；与其相结合的基体为Q235合金钢。
上述的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层的激光直接沉积制备方法，包括如下步骤：
步骤1，复合粉末的混合处理：
(1)按Mo-Ni-ZrO2梯度涂层各个梯度层的复合粉末的成分配比，分别称取Mo金属粉末、 Ni金属粉末和ZrO2粉末：
第一梯度层为40％Mo+59.2％Ni+0.8％ZrO2复合粉末：360gMo金属粉末、532.8gNi金属粉末和7.2g ZrO2；
第二梯度层为35％Mo+64.2％Ni+0.8％ZrO2复合粉末：315gMo金属粉末、576.9gNi金属粉末和8.1gZrO2；
第三梯度层30％Mo+69％Ni+1％ZrO2复合粉末：270gMo金属粉末、621gNi金属粉末和 9gZrO2粉末；
(2)对各个梯度层进行如下操作：将Mo金属粉末、Ni金属粉末和ZrO2粉末混合后，球磨混料后，采用燥箱烘干，制得复合粉末；其中，球磨混料的方法为：将三种粉末放在装有15 钢球的混瓶内，瓶外缠绕绝缘胶带，然后放在球磨滚筒机内混合8小时，滚筒机转速为400r/min；其中，钢球的质量和为150g，单一钢球的质量为10g；
步骤2，基板预处理：
将Q235合金钢基板，切成10cm×20cm×1cm的块体，用砂轮对其表面进行除锈，使其表面光亮洁净平整，再用100号砂纸对其表面进行打磨，之后分别用400、800号砂纸处理表面，然后用丙酮祛油污，用盐酸酸洗，最后用酒精冲洗干净吹干备用；
步骤3，激光直接沉积成形：
采用FL-Dlight02-3000w半导体激光器，将复合粉末作为原料，在氩气气体保护下，通过控制激光器原料料选取，按设定梯度层的顺序，在基板表面逐层进行激光直接沉积，从XY 平面原点坐标处开始沉积，Z轴移动距离为0.7mm，共沉积3个回路，第一梯度层厚度为 2.1mm，当第一梯度层沉积完成后，清除表面残余粉末，观察表面没有产生裂纹，原料按梯度层成分变化为第二梯度层复合粉末，激光器回到XY平面原点坐标处继续沉积，Z轴移动距离为0.7mm，继续第二梯度层激光直接沉积，共沉积3个回路，第二梯度层厚度为2.1mm，当第二层梯度层沉积完成后，清除表面残余粉末，观察表面没有产生裂纹，原料按梯度层成分变化为第三梯度层复合粉末，激光器回到XY平面原点坐标处继续沉积，Z轴移动距离为0.7mm，继续第三梯度层激光直接沉积，共沉积3个回路，第三梯度层厚度为2.1mm，直至获得厚度为6.3mm的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层；
其中：FL-Dlight02-3000w半导体激光器的参数为：功率1600W，扫描速度2mm/s，离焦量2mm，光斑直径3mm×3mm，送粉量3g/min，搭接率25％；进行激光直接沉积时，各个梯度层的激光扫描路径均相同。
本实施例制备Mo-Ni-ZrO2梯度涂层，其平均硬度为475HV，与基体结合的界面熔合区域的硬度为595HV。
实施例3
一种Mo-Ni-ZrO2梯度涂层，由Mo金属粉末、Ni金属粉末和ZrO2粉末复合而成，具有3个梯度层；其中，第一梯度层为30％Mo+69％Ni+1％ZrO2复合粉末，第二梯度层为35％Mo+64.1％Ni+0.9％ZrO2复合粉末，第三梯度层为40％Mo+59.2％Ni+0.8％ZrO2复合粉末，Mo金属粉末的粒径为70～80μm，Ni金属粉末的粒径为70～80μm，ZrO2粉末的粒径为20～40nm；
本实施例的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层，第一梯度层厚度为1.2mm，第二梯度层厚度为0.7mm，第三梯度层厚度为1.6mm；与其相结合的基体为24CrNiMo合金钢。
上述的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层的激光直接沉积制备方法，包括如下步骤：
步骤1，复合粉末的混合处理：
(1)按Mo-Ni-ZrO2梯度涂层各个梯度层的复合粉末的成分配比，分别称取Mo金属粉末、 Ni金属粉末和ZrO2粉末：
第一梯度层30％Mo+69％Ni+1％ZrO2复合粉末：180gMo金属粉末、504gNi金属粉末和 6gZrO2粉末；
第二梯度层35％Mo+64.1％Ni+0.9％ZrO2复合粉末：105gMo金属粉末、192.3gNi金属粉末和2.7gZrO2；
第三梯度层40％Mo+59.2％Ni+0.8％ZrO2复合粉末：240gMo金属粉末、355.2gNi金属粉末和4.8g ZrO2；
(2)对各个梯度层进行如下操作：将Mo金属粉末、Ni金属粉末和ZrO2粉末混合后，球磨混料后，采用燥箱烘干，制得复合粉末；其中，第一梯度层和第三梯度层的球磨混料的方法为：将三种粉末放在装有10钢球的混瓶内，瓶外缠绕绝缘胶带，然后放在球磨滚筒机内混合 10小时，滚筒机转速为320r/min；其中，钢球的质量和为100g，单一钢球的质量为10g；
步骤2，基板预处理：
将24CrNiMo合金钢基板，切成10cm×20cm×1cm的块体，用砂轮对其表面进行除锈，使其表面光亮洁净平整，再用100号砂纸对其表面进行打磨，之后分别用400、800号砂纸处理表面，然后用丙酮祛油污，用盐酸酸洗，最后用酒精冲洗干净吹干备用；
步骤3，激光直接沉积成形：
采用FL-Dlight02-3000w半导体激光器，将复合粉末作为原料，在氩气气体保护下，通过控制激光器原料料选取，按设定梯度层的顺序，在基板表面逐层进行激光直接沉积，从XY 平面原点坐标处开始沉积，Z轴移动距离为0.6mm，共沉积2个回路，第一梯度层厚度为 1.2mm，当第一梯度层沉积完成后，清除表面残余粉末，观察表面没有产生裂纹，原料按梯度层成分变化为第二梯度层复合粉末，激光器回到XY平面原点坐标处继续沉积，Z轴移动距离为0.7mm，继续第二梯度层激光直接沉积，共沉积1个回路，第二梯度层厚度为0.7mm，当第二层梯度层沉积完成后，清除表面残余粉末，观察表面没有产生裂纹，原料按梯度层成分变化为第三梯度层复合粉末，激光器回到XY平面原点坐标处继续沉积，Z轴移动距离为0.8mm，继续第三梯度层激光直接沉积，共沉积2个回路，第三梯度层厚度为1.6mm，直至获得厚度为3.5mm的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层；
其中：FL-Dlight02-3000w半导体激光器的参数为：功率2000W，扫描速度4mm/s，离焦量4mm，光斑直径5mm×5mm，送粉量4g/min，搭接率40％；进行激光直接沉积时，各个梯度层的激光扫描路径均相同。
本实施例制备Mo-Ni-ZrO2梯度涂层，其平均硬度为470HV，与基体结合的界面熔合区域的硬度为598HV。
Claims (10)
1.一种Mo-Ni-ZrO2梯度涂层，其特征在于，所述的梯度涂层具有若干个梯度层，各个梯度层均由Mo金属粉末、Ni金属粉末和ZrO2粉末复合而成，相邻两个梯度层的复合粉末的质量百分数不完全相同；其中，各个梯度层复合粉末的质量百分数为，Mo金属粉末：30~40%：Ni金属粉末：59.5~69%：ZrO2粉末：0.5~1%，三种粉末的质量百分数之和为100%，Mo金属粉末的粒径为70～80μm，Ni金属粉末的粒径为70～80μm，ZrO2粉末的粒径为20～40nm。
2.根据权利要求1所述的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层，其特征在于，所述的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层，具有3~6个梯度层。
3.根据权利要求1所述的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层，其特征在于，所述的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层，与其相结合的基体为3Cr2W8V合金钢、Q235合金钢、24CrNiMo合金钢或12CrNi2合金钢中的一种。
4.根据权利要求1所述的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层，其特征在于，所述的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层，其平均硬度为420~477HV，与基体结合的界面熔合区域的硬度为550~600 HV。
5.权利要求1所述的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层的激光直接沉积制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1，复合粉末的混合处理：
(1) 按Mo-Ni-ZrO2梯度涂层各个梯度层的复合粉末的成分配比，分别称取Mo金属粉末、Ni金属粉末和ZrO2粉末；
(2) 对各个梯度层分别进行如下操作：将Mo金属粉末、Ni金属粉末和ZrO2粉末混合后，球磨混料后烘干，制得复合粉末；
步骤2，基板预处理：
将基板，除锈、去油污、酸洗吹干，备用；
步骤3，激光直接沉积成形：
采用半导体激光器，将复合粉末作为原料，在惰性气体保护下，通过激光直接 沉积参数控制，按设定梯度层的顺序，在基板表面逐层进行激光直接沉积，当一层梯度层沉积完成后，清除表面残余粉末，观察表面是否产生裂纹：
如果表面产生裂纹，判定为不合格产品，返回步骤1重新操作；
如没有产生裂纹，按设定梯度层成分变化更换复合粉末，继续下一层梯度层激光直接沉积，直至获得所需尺寸的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层；
其中：半导体激光器的参数为：功率1600~2000W，扫描速度2~4mm/s，离焦量2~4mm，光斑直径(3~5)mm×(3~5)mm，送粉量3~4g/min，搭接率25~35%。
6.根据权利要求5所述的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层的激光直接沉积制备方法，其特征在于，所述的步骤1(2)中，球磨混料的方法为：将三种粉末放在装有若干钢球的混瓶内，瓶外缠绕绝缘胶带，然后放在球磨滚筒机内混合6~10小时，滚筒机转速为320~400r/min；其中，三种粉末的质量和：钢球的质量和=(5~6)：1，三种粉末的质量和：单一钢球的质量=(25~30)：1。
7.根据权利要求5所述的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层的激光直接沉积制备方法，其特征在于，所述的步骤1(2)中，烘干采用燥箱。
8.根据权利要求5所述的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层的激光直接沉积制备方法，其特征在于，所述的步骤2的具体操作为：砂轮对其表面进行除锈，使其表面光亮洁净，再用100～1000号砂纸对其进行表面处理，丙酮去油污，盐酸酸洗，最后用酒精冲洗干净，吹干备用。
9.根据权利要求5所述的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层的激光直接沉积制备方法，其特征在于，所述的步骤3中，惰性气体为氩气。
10.根据权利要求5所述的Mo-Ni-ZrO2梯度涂层的激光直接沉积制备方法，其特征在于，所述的步骤3中，进行激光直接沉积时，各个梯度层的激光扫描路径均相同。
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