CN102424944A - 一种激光重熔三元硼化物金属陶瓷梯度涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种激光重熔三元硼化物金属陶瓷梯度涂层的方法，以310S不锈钢为基体材料，喷涂材料选用Stellite6合金粉末和MoB/CoCr粉末。首先采用低压等离子喷涂技术制备Stellite6合金中间过渡层和MoB/CoCr金属陶瓷涂层，然后采用激光重熔技术对已制备好的涂层进行重熔。本发明的优点在于激光重熔三元硼化物金属陶瓷梯度涂层后，涂层内部致密、无孔隙和裂纹等缺陷，涂层硬度明显增加，提高了涂层的耐磨性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属陶瓷梯度涂层的加工方法，尤其涉及金属基材表面激光重熔低压等离子喷涂后的一种激光重熔三元硼化物金属陶瓷梯度涂层的方法。
背景技术
磨损是机械零件失效的三种主要原因（磨损、腐蚀、疲劳）之一，各种机械零件的磨损所造成的能源和材料消耗是十分惊人的。磨损在日常生活和国民经济的各个领域中普遍存在的现象，像冶金矿山、建材工业、电力工业、机械工业、农业机械、国防工业以及航空、航天等等，处处都有磨损。
金属陶瓷材料是一类非常重要的复合材料，其既保持又陶瓷的高强度、高硬度、耐磨损、耐高温、抗氧化和化学稳定性等特性，又有较好的金属韧性和可塑性，用途极其广泛，几乎涉及到国民经济的各个部分和现代技术的各个领域，对工业的发展和生产率的提高起着重要的推动作用。其中，三元硼化物金属陶瓷具有硬度高、抗弯强度高、密度低、断裂韧性高、耐磨性高等特点，是耐磨材料中很有前途的一种材料。同时，三元硼化物金属陶瓷具有和钢相近的热膨胀系数，与钢基体材料之间的烧结结合热应力小，适用于用作覆层材料。
低压等离子喷涂技术在金属陶瓷梯度涂层制备研究领域得到广泛的应用。和堆焊、物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）等涂层制备技术相比，低压等离子喷涂技术制备的涂层形成速度快、喷涂材料不受限制，尤其能形成高熔点材料的涂层。但是低压等离子喷涂技术制备涂层中存在一定的缺陷，即涂层存在一定的孔隙率，耐磨、耐腐蚀和抗氧化性得不到保障；在涂层的制备过程中，金属陶瓷涂层中会形成一定的宏观裂纹或者微裂纹。
发明内容
本发明的目的针对上述背景技术中存在的不足和缺陷，提供一种激光重熔三元硼化物金属陶瓷梯度涂层的方法，对热喷涂金属陶瓷涂层进行表面改性，从而提高热喷涂涂层的致密度、硬度、耐磨性和抗腐蚀性等，获得均匀的组织和非平衡相结构。
本发明为实现上述目的而所采取的技术方案是，一种激光重熔三元硼化物金属陶瓷梯度涂层的方法，该方法按以下步骤进行：
a. 对不锈钢基材表面进行清洗和喷砂预处理；
b. 用低压等离子喷涂方法制备中间过渡层，过渡层厚度为50~60μm；
c. 用低压等离子喷涂方法制备金属陶瓷涂层，涂层厚度为100~150μm；
d. 采用激光重熔技术对喷涂制备的涂层进行重熔。
本发明的特征还在于：
其中不锈钢基材选用310S不锈钢。
中间过渡层材料为Stellite 6合金粉末，其主要由质量分数为Co余量，Cr≤29.0%，W≤4.5%，Ni≤3.0%，Fe≤3.0%，Si≤1.4%，Mo≤1.0%组成。
金属陶瓷涂层材料为三元硼化物MoB/CoCr粉末，其主要由质量分数为Mo余量，Co≤22.5%，Cr≤19.7%，B≤9.5%，W≤1.6%组成。
低压等离子喷涂中间过渡层的工艺参数为走枪速度600mm/s，走枪间隔8mm，功率52kW，电压74V，电流700A，氩气流量59l/min，氢气流量6 l/min，压力60Torr，喷距150mm，送粉量12rpm。
低压等离子喷涂金属陶瓷层的工艺参数为走枪速度600mm/s，走枪间隔8mm，功率51kW，电压73V，电流698A，氩气流量59l/min，氢气流量6 l/min，压力60Torr，喷距200mm，送粉量12rpm。
激光重熔的工艺参数为激光功率1.5~1.6kW，光斑直径φ4mm，搭接率30%，扫描速度1500mm/min。
整个激光重熔处理过程采用99.999%氩气保护。
激光重熔后的MoB/CoCr金属陶瓷涂层平均显微硬度为1117.4MPa。
与现有技术相比，本发明的优点在于，激光重熔三元硼化物金属陶瓷梯度涂层后，涂层内部致密、无孔隙和裂纹等缺陷，涂层硬度明显增加，提高了涂层的耐磨性能。
具体实施方式
一种激光重熔三元硼化物金属陶瓷梯度涂层的方法，该方法按以下步骤进行：
1）对310S不锈钢基材表面进行清洗和喷砂预处理，喷涂材料选用Stellite 6合金粉末和MoB/CoCr粉末。
2）采用低压等离子喷涂技术在310S不锈钢基材表面喷涂制备Stellite 6合金中间过渡层和MoB/CoCr金属陶瓷涂层。
3）低压等离子喷涂Stellite 6合金中间过渡层的工艺参数为走枪速度600mm/s，走枪间隔8mm，功率52kW，电压74V，电流700A，氩气流量59l/min，氢气流量6 l/min，压力60Torr，喷距150mm，送粉量12rpm。
4）低压等离子喷涂MoB/CoCr金属陶瓷层的工艺参数为走枪速度600mm/s，走枪间隔8mm，功率51kW，电压73V，电流698A，氩气流量59l/min，氢气流量6 l/min，压力60Torr，喷距200mm，送粉量12rpm。
5）通过激光重熔技术对低压等离子喷涂制备的三元硼化物梯度涂层进行二次加热重熔，其激光重熔的工艺参数为激光功率1.5~1.6kW，光斑直径φ4mm，搭接率30%，扫描速度1500mm/min。整个重熔过程采用99.999%氩气保护。
6）采用HV-1000显微硬度计对重熔后MoB/CoCr涂层的硬度进行测试，测试结果为MoB/CoCr金属陶瓷涂层平均显微硬度为1117.4MPa。
Claims (9)
1.一种激光重熔三元硼化物金属陶瓷梯度涂层的方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：
a. 对不锈钢基材表面进行清洗和喷砂预处理；
b. 用低压等离子喷涂方法制备中间过渡层，过渡层厚度为50~60μm；
c. 用低压等离子喷涂方法制备金属陶瓷涂层，涂层厚度为100~150μm；
d. 采用激光重熔技术对喷涂制备的涂层进行重熔。
2.根据权利要求1所述的一种激光重熔三元硼化物金属陶瓷梯度涂层的方法，其特征在于：不锈钢基材选用310S不锈钢。
3.根据权利要求1所述的一种激光重熔三元硼化物金属陶瓷梯度涂层的方法，其特征在于：中间过渡层材料为Stellite 6合金粉末，其主要由质量分数为Co余量，Cr≤29.0%，W≤4.5%，Ni≤3.0%，Fe≤3.0%，Si≤1.4%，Mo≤1.0%组成。
4.根据权利要求1所述的一种激光重熔三元硼化物金属陶瓷梯度涂层的方法，其特征在于：金属陶瓷涂层材料为三元硼化物MoB/CoCr粉末，其主要由质量分数为Mo余量，Co≤22.5%，Cr≤19.7%，B≤9.5%，W≤1.6%组成。
5.根据权利要求1所述的一种激光重熔三元硼化物金属陶瓷梯度涂层的方法，其特征在于：低压等离子喷涂中间过渡层的工艺参数为走枪速度600mm/s，走枪间隔8mm，功率52kW，电压74V，电流700A，氩气流量59l/min，氢气流量6 l/min，压力60Torr，喷距150mm，送粉量12rpm。
6.根据权利要求1所述的一种激光重熔三元硼化物金属陶瓷梯度涂层的方法，其特征在于：低压等离子喷涂金属陶瓷层的工艺参数为走枪速度600mm/s，走枪间隔8mm，功率51kW，电压73V，电流698A，氩气流量59l/min，氢气流量6 l/min，压力60Torr，喷距200mm，送粉量12rpm。
7.根据权利要求1所述的一种激光重熔三元硼化物金属陶瓷梯度涂层的方法，其特征在于：激光重熔的工艺参数为激光功率1.5~1.6kW，光斑直径φ4mm，扫描速度1500mm/min。
8.根据权利要求1所述的一种激光重熔三元硼化物金属陶瓷梯度涂层的方法，其特征在于：整个激光重熔处理过程采用99.999%氩气保护。
9.根据权利要求1所述的一种激光重熔三元硼化物金属陶瓷梯度涂层的方法，其特征在于：激光重熔后的MoB/CoCr金属陶瓷涂层平均显微硬度为1117.4MPa。
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