CN103352220A - 专用于凸轮轴激光熔覆的镍基金属陶瓷合金粉末 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种专用于凸轮轴激光熔覆的镍基金属陶瓷合金粉末，按重量百分比计，其成分为11-13%碳化钛，0.4-0.8%碳，2-4%氟化钙，3-5%氮化硅，14-16%铬，1.4-1.8%硅，4-6%铁，16-18%钼，0.6-1.0%锰，余量为镍。该镍基金属陶瓷合金粉末专用于凸轮轴的激光熔覆，通过激光熔覆工艺可使凸轮轴的表面产生熔覆层，该镍基金属陶瓷合金粉末可减少熔覆层的气孔、裂纹和缩孔缺陷，提高凸轮轴的韧性、耐磨性、强度和耐热性。

Description

专用于凸轮轴激光熔覆的镍基金属陶瓷合金粉末

技术领域

本发明涉及一种合金粉末，特别是指一种专用于凸轮轴激光熔覆的镍基金属陶瓷合金粉末。

背景技术

激光具有高亮度、高方向性、高单色性、高相干性的特点，现在正被越来越多的领域所使用，激光熔覆就是表面处理技术中的一种。概括的说，激光熔覆的原理就是利用高能激光束照射金属材料表面，基材表面被迅速融化，液态的金属形成一个小规模的熔池，同时填注新的粉末材料，在这个熔池中，原本的金属材料与被添加的粉末相互混合，形成一层新的液态金属层。待激光光束经过以后，液态金属层迅速冷却由此在金属表面形成一层固态的熔覆层。凸轮轴是活塞发动机里的一个部件。它的作用是控制气门的开启和闭合动作。通常它的转速很高，需要承受很大的扭矩，因此设计中对凸轮轴在强度和支撑方面的要求很高，其材质一般是特种铸铁，偶尔也有采用锻件的。凸轮轴在长期使用过程中容易产生异常磨损、异响以及断裂等故障。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种专用于凸轮轴激光熔覆的镍基金属陶瓷合金粉末，该镍基金属陶瓷合金粉末专用于凸轮轴的激光熔覆，通过激光熔覆工艺可使凸轮轴的表面产生熔覆层，该镍基金属陶瓷合金粉末可减少熔覆层的气孔、裂纹和缩孔缺陷，提高凸轮轴的韧性，耐磨性，强度和耐热性。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种专用于凸轮轴激光熔覆的镍基金属陶瓷合金粉末，按重量百分比计，其成分为11-13%碳化钛，0.4-0.8%碳，2-4%氟化钙，3-5%氮化硅，14-16%铬，1.4-1.8%硅，4-6%铁，16-18%钼，0.6-1.0%锰，余量为镍。

其中，专用于凸轮轴激光熔覆的镍基金属陶瓷合金粉末优选配比是12%碳化钛，0.6%碳，3%氟化钙，4%氮化硅，15%铬，1.6%硅，5%铁，17%钼，0.8%锰，余量为镍。

本发明中的镍基金属陶瓷合金粉末中各成分的作用如下：

镍（Ni）：作为金属陶瓷基材，熔覆时彻底熔融，与熔融状态的凸轮轴基材一同形成激光熔池，以供其他元素或化合物在熔池中均匀分布后凝固成熔覆层，通过增加熔覆层中的残余奥氏体，提高熔覆层的塑性和韧性，降低熔覆层的热膨胀系数，减少残余应力，消除应力集中，从而消除裂纹与缩松。

碳化钛（TiC）颗粒：在激光熔覆过程中不熔化，在对凸轮轴激光熔覆时镍基金属陶瓷合金粉末从打印头均匀喷出，碳化钛均匀分布在熔池中，作为强化微粒存在于熔覆层中，极大地增强了熔覆层的硬度和强度。

碳（C）：属于非金属元素，碳含量越高，硬度就越高，耐磨性能就越好，屈服点和抗拉强度升高，但是其韧性、塑性、冲击性和抗腐蚀性能会随着碳含量的增加而降低，因此该金属陶瓷合金粉末中碳含量的选择应在确保凸轮轴具有一定耐磨性的同时，尽可能地保持韧性。

氟化钙(CaF2)：作为添加材料，用于减少熔覆层凝固时的内应力，防止凝固后出现热裂纹、缩孔、缩松等缺陷，提高金属内部组织的致密性。

氮化硅(SiN4)：作为除碳化钛（TiC）之外的第二种陶瓷颗粒存在，在熔覆过程中不熔化，但对激光的热吸收率大，可加速分散热量，并作为低硬度金属元素与超高硬度陶瓷颗粒的缓和，增强抗蠕变性，抗氧化性，也提高了耐腐蚀性。

铁（Fe）：与凸轮轴基体的材料相同，增加液态金属与基体的亲和性，提高熔覆层冶金结合的强度，使该金属陶瓷合金粉末在与凸轮轴充分均匀融合。

铬（Cr）：具有较强的固溶强化能力，提高熔覆层的强度，可增大钢的淬火度和淬火后的变形能力，提高淬透性，并且使熔覆层具有优良的抗腐蚀性、耐磨性、弹性、耐热性、抗磁力和抗强力。

硅（Si）：在自熔性粉末中起自造渣及保护作用，可以与进入熔池的氧元素优先形成硅酸盐，覆盖于熔池表面，防止液态金属过度氧化，提高液态金属的润湿能力。对铁素体有较大的固溶强化作用，硅能细化珠光体组织。

锰（Mn）：显著提高钢的淬透性，对铁素体和奥氏体均能起到较大的固溶强化作用，使得钢材具备较高的强度与硬度，当锰含量过高会使得钢材具有明显的回火脆性，锰能促进奥氏体长大，使钢对过热较敏感。

钼（Mo）：作为一种添加剂能促进晶粒细化，提高熔覆层的组织均匀性，从而改善熔覆层的抗摩擦磨损性能。

采用了上述技术方案后，本发明的效果是：该镍基金属陶瓷合金粉末专门用于凸轮轴的激光熔覆，可与凸轮轴表面基材充分融合，各成分均匀分布于熔覆层中，减少熔覆层的气孔、裂纹和缩孔缺陷，采用超高硬度陶瓷颗粒以提高凸轮轴的硬度，另外再选择一些微量元素确保凸轮轴的韧性、强度、耐磨性以及耐热性，延长了使用寿命，避免出现异常磨损、异响以及断裂等故障。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

将110g碳化钛、4g碳、20g氟化钙、30g氮化硅、140g铬、14g硅、40g铁、160g钼、6g锰、476g镍进行充分混合，得到颗粒粒径在100-200目的镍基金属陶瓷合金粉末。

实施例2

将130g碳化钛、8g碳、40g氟化钙、50g氮化硅、160g铬、18g硅、60g铁、180g钼、10g锰、344g镍进行充分混合，得到颗粒粒径在100-200目的镍基金属陶瓷合金粉末。

实施例3

将120g碳化钛、6g碳、30g氟化钙、40g氮化硅、150g铬、16g硅、50g铁、170g钼、8g锰、410g镍进行充分混合，得到颗粒粒径在100-200目的镍基金属陶瓷合金粉末。

将该实施例3中混合好的金属合金粉末由激光头的喷粉孔均匀喷出，金属陶瓷合金粉末的送粉方向与激光光束同轴，激光的激光波长为1.06μm，输出功率为4000W，运行速度为3m/min，单道宽度为2mm。经过激光熔覆得到的凸轮轴进行机械检测得到以下数据：

（下表中的距离是以熔覆层的最下表面为基平面，基平面以上为正，基平面以下为负）

任何技术人员在本发明披露的技术范围之内，根据本发明的技术方案和发明构思加以等同替换或改变的技术方案都应该落入本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.专用于凸轮轴激光熔覆的镍基金属陶瓷合金粉末，按重量百分比计，其成分为11-13%碳化钛，0.4-0.8%碳，2-4%氟化钙，3-5%氮化硅，14-16%铬，1.4-1.8%硅，4-6%铁，16-18%钼，0.6-1.0%锰，余量为镍。

2.如权利要求1所述的专用于凸轮轴激光熔覆的镍基金属陶瓷合金粉末，其特征在于：其成分为12%碳化钛，0.6%碳，3%氟化钙，4%氮化硅，15%铬，1.6%硅，5%铁，17%钼，0.8%锰，余量为镍。