[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN108866538B - 激光熔覆原位合成复合碳化物(Ti,Nb)C强化Ni基涂层及制备 - Google Patents

激光熔覆原位合成复合碳化物(Ti,Nb)C强化Ni基涂层及制备 Download PDF

Info

Publication number
CN108866538B
CN108866538B CN201810616107.7A CN201810616107A CN108866538B CN 108866538 B CN108866538 B CN 108866538B CN 201810616107 A CN201810616107 A CN 201810616107A CN 108866538 B CN108866538 B CN 108866538B
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
pure
laser cladding
reinforced
coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810616107.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108866538A (zh
Inventor
孙淑婷
符寒光
平学龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN201810616107.7A priority Critical patent/CN108866538B/zh
Publication of CN108866538A publication Critical patent/CN108866538A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108866538B publication Critical patent/CN108866538B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
    • C23C24/103—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/056—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 10% but less than 20%

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

激光熔覆原位合成复合碳化物(Ti,Nb)C强化Ni基涂层及制备，属于表面处理技术领域。制备步骤为：首先将Cr12MoV汽车模具钢表面用角磨机和丙酮清洗干净，熔覆用合金粉末按照化学成分配比并放入球磨机混合2小时后，采用同轴送粉方式，在基材表面制备4道4层的耐磨涂层，该涂层组织致密，原位强化相分布均匀、弥散效果好、界面无污染，且与基材呈现良好的冶金结合。显微硬度值达700HV左右，显著提高了模具钢表面的力学性能。

Description

激光熔覆原位合成复合碳化物(Ti,Nb)C强化Ni基涂层及制备
技术领域
本发明公开了一种磨损汽车模具的激光熔覆修复方法，具体涉及激光熔覆原位合成复合碳化物强化Ni基涂层及其制备方法，属于表面处理技术领域。
背景技术
随着汽车工业的快速发展，汽车保有量迅速增加，为了解决日益严重的燃料资源消耗和汽车尾气排放，汽车轻量化已成为一种趋势，研究表明，汽车质量每减轻10％，汽车能源消耗将降低4％-8％。因此，降低汽车重量、生产低油耗低排放的汽车、实现节能减排成为了当前汽车发展的重要方向。而目前主要通过两个途径来实现汽车轻量化：一是采用高强度钢板使材料的厚度减少，从而使汽车质量降低；二是使用密度小、强度高的轻质铝、镁合金材料代替钢板材料。但是，高强度钢板的应用，使冲压成形时模具的工作条件更加恶劣，所受载荷更大，模具的磨损情况也更为严重，同时模具的磨损还会影响冲压工件的质量，包括工件的形状、尺寸和表面质量，磨损造成的模具损伤占模具失效的70％左右，给汽车模具的设计和应用带来了一系列的问题。目前，解决这一问题的一般方法是整体更换模具，这样既浪费生产材料同时又降低了工作效率。
激光熔覆作为一种新型的表面强化和修复技术，为解决该问题提供了途径，它通过高能激光束的辐照，在基材表面将熔覆材料熔化，并与基材表面结合形成保护层。相比于其他传统熔覆方法(如堆焊和喷涂)，激光熔覆具备诸多优势，如热影响区小，基材应力变形小；熔覆材料和基材呈现冶金结合，结合强度高等。常用的涂层基体材料有Fe基，Ni基和Co基三类，Fe基粉末原料来源广泛、成本低、工艺性能良好，但是涂层耐磨与耐腐蚀性提高有限，Co基粉末具备较高的硬度和良好的耐磨、耐腐蚀性及高温性能，但是成本极高，Ni基粉末兼具成本优势和优异的涂层性能，熔覆工艺良好，因此研究和应用较为广泛。
陶瓷颗粒具有高熔点、高硬度、高耐磨性、高弹性模量等优越性能，常用作金属基激光涂层的强化相，但是通过外加的陶瓷颗粒容易出现下沉、断裂、烧损、熔解等缺陷，此外陶瓷颗粒在加工过程中往往容易受到污染，导致颗粒同基体的润湿性差，结合能力低，从而损害复合材料的力学性能。
研究显示：通过原位合成得到的强化相尺寸细小且分布均匀，表面无污染，与基体的润湿性好，界面强度高，使涂层既具有金属材料本身的良好强韧性，又具有陶瓷材料的高硬度、高耐磨性，因此本项发明中，在Ni基合金粉末中原位合成复合碳化物(Ti，Nb)C颗粒。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有激光熔覆存在的缺点及汽车模具磨损的失效机制，提出一种原位合成复合碳化物强化Ni基涂层及其制备方法，解决汽车模具钢表面强化问题。
本发明可以通过以下措施来实现：
(1)基材预处理
将Cr12MoV汽车模具钢(尺寸如12mm×60mm×100mm)表面用角磨机和丙酮清洗干净；
(2)激光熔覆
将镍基合金粉末、纯Cr3C2粉、纯Nb粉、纯Ti粉和Y2O3粉放入球磨机混合2小时后，采用同轴送粉方式，在基材Cr12MoV汽车模具表面制备耐磨涂层优选(优选4道4层)，纯Cr3C2粉、纯Nb粉、纯Ti粉和Y2O3粉的添加量分别为镍基合金粉末加入质量分数的8-10％、3.5-4.0％、2.5-3.0％和5.0-5.3％。
作为对本发明的优选，本发明所述的制备涂层所用镍基合金粉末粒度范围为75-105μm，成分为：
C：0.3％-0.5％
Si：3％-4.5％
B：1.5％-3％
Cr：10％-15％
Fe：≤10％
余量：Ni
在合金粉末中添加纯Cr3C2粉，纯Nb粉，纯Ti粉和Y2O3粉，获得的涂层组织致密，与基材呈现良好的冶金结合，原位合成的复合碳化物(Ti,Nb)C颗粒分布均匀，弥散效果好。
激光工艺参数对涂层的质量有很大影响，特别是激光功率和速度的协调，激光功率增加、扫描速度减小，会熔化更多粉末，提高界面结合强度，降低涂层开裂倾向，但激光功率过大、扫描速度过慢会增加涂层稀释率，并且造成部分陶瓷相烧损。能量热输入可以表示为：
E＝P/(vtd) (1)
其中P是激光功率，v是激光速度，d是光斑尺寸，t是涂层厚度。为了保证粉末有足够的温度和时间进行反应，本发明所述的激光熔覆工艺参数为：激光功率1800-2200W、扫描速度4-6mm/s；光斑直径：5×5mm；搭接率：30％，送粉率：15g/min；氩气流量：15L/min。
通过激光加热，涂层中原位合成复合碳化物(Ti,Nb)C颗粒。
采用上述方案后，本发明取得的有益效果是：合金粉末在激光能量照射下原位生成陶瓷相(Ti,Nb)C，涂层组织细密且与基材呈现良好的冶金结合。本发明的激光熔覆原位合成(Ti,Nb)C颗粒强化Ni基涂层具有制备工艺简单、操作方便、原位强化相粒度小、分布均匀、弥散效果好、界面无污染等优点，且熔覆不需要在真空条件下进行，工件尺寸基本不受限制，因此可用于复杂汽车模具的表面修复。该涂层显微硬度值达700HV左右，耐磨性提高10倍以上，且涂层韧性好。同时不使用贵重金属，在材料表面改性上具有显著的经济和社会效益。
附图说明
图1为实施例1原位合成的(Ti,Nb)C颗粒及元素分布图。
具体实施方式
本发明将就以下实施例作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1：在2200W功率下制备激光熔覆涂层，获得表面平整、高度、宽度较大的涂层。
(1)基材预处理
将Cr12MoV汽车模具钢(12mm×60mm×100mm)表面用角磨机和丙酮清洗干净；
(2)激光熔覆
制备涂层所用镍基合金粉末成分为：
C：0.33％
Si：3.05％
B：1.89％
Cr：10.01％
Fe：5.28％
余量：Ni
在合金粉末中添加粒度范围为75-105μm的纯Cr3C2粉，纯Nb粉、纯Ti粉和Y2O3粉，纯Cr3C2粉、纯Nb粉、纯Ti粉和Y2O3粉的添加量分别为镍基合金粉末质量分数的8.8％、3.9％、2.6％和5.1％。配粉后放入球磨机混合2小时，调节激光熔覆工艺参数，激光功率2200W、扫描速度4mm/s、光斑直径：5×5mm、送粉率：15g/min、氩气流量：15L/min，采用同轴送粉方式，原位合成复合(Ti,Nb)C颗粒强化Ni基涂层，涂层平均显微硬度为710Hv，原位合成的(Ti,Nb)C颗粒及元素分布图如图1。
实施例2：在2000W功率下激光熔覆制备涂层，获得表面平整、高度、宽度较小的涂层。
(1)基材预处理
将Cr12MoV汽车模具钢(12mm×60mm×100mm)表面用角磨机和丙酮清洗干净；
(2)激光熔覆
制备涂层所用合金粉末成分为：
C：0.33％
Si：3.05％
B：1.89％
Cr：10.01％
Fe：5.28％
余量：Ni
在合金粉末中添加粒度范围为75-105μm的纯Cr3C2粉，纯Nb粉、纯Ti粉和Y2O3粉，纯Cr3C2粉、纯Nb粉、纯Ti粉和Y2O3粉的添加量分别为镍基合金粉末质量分数的9％、3.8％、2.7％和5.2％，配粉后放入球磨机混合2小时，调节激光熔覆工艺参数，激光功率2000W、扫描速度6mm/s、光斑直径：5×5mm、送粉率：15g/min、氩气流量：15L/min，采用同轴送粉方式，原位合成复合(Ti,Nb)C颗粒强化Ni基涂层，涂层平均显微硬度为680Hv。
实施例3：在1800W功率下激光熔覆制备涂层，获得表面平整、高度、宽度较小的涂层。
(1)基材预处理
将Cr12MoV汽车模具钢(12mm×60mm×100mm)表面用角磨机和丙酮清洗干净；
(2)激光熔覆
制备涂层所用合金粉末成分为：
C：0.44％
Si：4.29％
B：2.77％
Cr：14.52％
Fe：3.09％
余量：Ni
在合金粉末中添加粒度范围为75-105μm的纯Cr3C2粉，纯Nb粉、纯Ti粉和Y2O3粉，纯Cr3C2粉、纯Nb粉、纯Ti粉和Y2O3粉的添加量分别为镍基合金粉末质量分数的10％、3.5％、3.0％和5.0％，配粉后放入球磨机混合2小时，调节激光熔覆工艺参数，激光功率1800W、扫描速度4mm/s、光斑直径：5×5mm、送粉率：15g/min、氩气流量：15L/min，采用同轴送粉方式，原位合成复合(Ti,Nb)C颗粒强化Ni基涂层，涂层平均显微硬度为760Hv。
实施例4：在2000W功率下激光熔覆制备涂层，获得表面平整、高度、宽度较大的涂层。
(1)基材预处理
将Cr12MoV汽车模具钢(12mm×60mm×100mm)表面用角磨机和丙酮清洗干净；
(2)激光熔覆
制备涂层所用合金粉末成分为：
C：0.33％
Si：3.05％
B：1.89％
Cr：10.01％
Fe：5.28％
余量：Ni
在合金粉末中添加粒度范围为75-105μm的纯Cr3C2粉，纯Nb粉、纯Ti粉和Y2O3粉，纯Cr3C2粉、纯Nb粉、纯Ti粉和Y2O3粉的添加量分别为镍基合金粉末质量分数的8％、4.0％、2.5％和5.3％，配粉后放入球磨机混合2小时，调节激光熔覆工艺参数，激光功率2000W、扫描速度4mm/s、光斑直径：5×5mm、送粉率：15g/min、氩气流量：15L/min，采用同轴送粉方式，原位合成复合(Ti,Nb)C颗粒强化Ni基涂层，涂层平均显微硬度为680Hv。
以本发明的几项实施例为启示，并通过本文的说明内容，工作人员可以在本项发明技术范围内进行变更以及修改。本发明技术性范围不局限于说明书上的内容，要根据权利要求范围确定技术性范围。

Claims (5)

1.激光熔覆原位合成复合碳化物(Ti,Nb)C强化Ni基涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)基材预处理
将Cr12MoV汽车模具钢表面用角磨机和丙酮清洗干净；
2)激光熔覆
将镍基合金粉末、纯Cr3C2粉、纯Nb粉、纯Ti粉和Y2O3粉放入球磨机混合2小时后，采用同轴送粉方式，在基材Cr12MoV汽车模具钢表面制备耐磨涂层，纯Cr3C2粉、纯Nb粉、纯Ti粉和Y2O3粉的添加量分别为镍基合金粉末加入质量分数的8-10％、3.5-4.0％、2.5-3.0％和5.0-5.3％。
2.按照权利要求1所述的激光熔覆原位合成复合碳化物(Ti,Nb)C强化Ni基涂层的方法，其特征在于，所用镍基合金粉末粒度范围为75-105μm，组成及质量分数为：
C：0.3％-0.5％
Si：3.0％-4.5％
B：1.5％-3.0％
Cr：10.0％-15.0％
Fe：≤10.0％
余量：Ni。
3.按照权利要求1所述的激光熔覆原位合成复合碳化物(Ti,Nb)C强化Ni基涂层的方法，其特征在于，激光熔覆工艺参数为：激光功率1800-2200W、扫描速度4-6mm/s；光斑尺寸：5mm×5mm；搭接率：30％，送粉率：15g/min；氩气流量：15L/min。
4.按照权利要求1所述的激光熔覆原位合成复合碳化物(Ti,Nb)C强化Ni基涂层的方法，其特征在于，制备4道4层耐磨涂层。
5.按照权利要求1-4任一项所述的方法制备得到的复合碳化物(Ti,Nb)C强化Ni基涂层。
CN201810616107.7A 2018-06-14 2018-06-14 激光熔覆原位合成复合碳化物(Ti,Nb)C强化Ni基涂层及制备 Active CN108866538B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810616107.7A CN108866538B (zh) 2018-06-14 2018-06-14 激光熔覆原位合成复合碳化物(Ti,Nb)C强化Ni基涂层及制备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810616107.7A CN108866538B (zh) 2018-06-14 2018-06-14 激光熔覆原位合成复合碳化物(Ti,Nb)C强化Ni基涂层及制备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108866538A CN108866538A (zh) 2018-11-23
CN108866538B true CN108866538B (zh) 2020-05-22

Family

ID=64339167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810616107.7A Active CN108866538B (zh) 2018-06-14 2018-06-14 激光熔覆原位合成复合碳化物(Ti,Nb)C强化Ni基涂层及制备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108866538B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109536949B (zh) * 2018-12-12 2020-11-03 江苏大学 一种提高铝合金材料热疲劳性能的工艺方法
CN110218998B (zh) * 2019-06-24 2020-10-02 山东农业大学 基于刀具刀刃处表面激光熔覆处理制备自磨刃刀具的方法
CN110205625A (zh) * 2019-06-24 2019-09-06 北京工业大学 激光快速重熔强化(Ti,Nb)C/Ni复合涂层及其制备方法
CN112760636B (zh) * 2020-12-23 2022-08-02 长安大学 一种激光熔覆原位合成钼-硅-硼合金涂层的方法
CN114700495B (zh) * 2022-04-07 2023-09-22 西安交通大学 一种不开裂高耐磨损耐腐蚀的镍基复合材料及制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6284058B1 (en) * 1999-09-15 2001-09-04 U.T. Battelle, Llc Method of aluminizing metal alloys by weld overlay using aluminum and aluminum alloy filler metal
CN105695981B (zh) * 2014-11-28 2019-05-21 北京有色金属研究总院 一种钛合金表面高韧性高硬度抗压涂层及其制备方法
CN104722893B (zh) * 2015-03-26 2017-05-17 黑龙江科技大学 一种基于堆焊和氩弧熔覆制备耐磨涂层的方法
KR102434372B1 (ko) * 2016-06-20 2022-08-18 디-블록 코팅 피티와이 엘티디 코팅 공정 및 코팅된 물질

Also Published As

Publication number Publication date
CN108866538A (zh) 2018-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108866538B (zh) 激光熔覆原位合成复合碳化物(Ti,Nb)C强化Ni基涂层及制备
CN110565087B (zh) 激光熔覆合成陶瓷相增强钴基熔覆层及其制备方法
CN113122841B (zh) 一种具有梯度组合结构的耐蚀耐磨涂层及其制备方法
CN108441859B (zh) 使用Nb元素增强Ni基耐磨激光熔覆涂层及其制备方法
CN107815682B (zh) 一种在高锰钢表面制备耐磨增韧涂层的方法
CN103233224B (zh) 一种激光熔覆制备高铬耐磨合金方法
CN103290403B (zh) 一种制备高含量wc增强合金粉末涂层的方法
CN103805934B (zh) 一种电火花沉积结合等离子熔覆增强金属轧辊表面的方法
CN110438487A (zh) 一种微纳米颗粒增强耐磨损耐腐蚀激光熔覆层及其制备方法
CN102115882A (zh) 一种金属基体表面熔覆合金的方法
CN105081612B (zh) 一种用于热作模具的等离子弧堆焊合金粉末
CN106756717B (zh) 一种高强耐磨铜镍锡合金涂层的制备方法
CN107267909B (zh) 一种等离子喷焊Ni基WC/TiC/LaAlO3耐磨涂层
CN106480380A (zh) 一种激光制造低速重载船用柴油机活塞环槽的铁基合金粉末
CN115074724B (zh) 使用V元素增强Ni基耐磨激光熔覆涂层及其制备方法
CN108971799B (zh) 一种等离子弧堆焊用金属陶瓷合金粉末
Tan et al. Effect of WC particle size on the microstructure and tribological properties of high-speed laser cladding Ni/WC composite coatings
CN105671544B (zh) 利用熔覆粉末在激光熔覆中提高42CrMo钢耐磨性能的方法
CN1252315C (zh) 硬质合金涂层的激光直接合成与制造方法
CN115383110A (zh) 一种用于螺杆强化的球形碳化钨和镍基合金混合粉末及激光熔覆方法
CN101323036A (zh) 氩弧熔敷陶瓷棒原位合成ZrC复合涂层的方法
CN102864453B (zh) 激光熔覆原位合成硼化物陶瓷涂层及其制备方法
CN115404476A (zh) 一种激光熔覆原位生成用合金粉末及使用该粉末制备熔覆层
CN201603585U (zh) 一种具有耐磨涂层的球磨机衬板
JP2022144437A (ja) Ｆｅ基合金及び金属粉末

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant