一种高温耐磨激光熔覆用合金粉末制造技术

本发明专利技术公开了一种高温耐磨激光熔覆用合金粉末，由以下原子摩尔比的成分组成：钴12～20％、铁22～30％、铬29％、镍8％、硅7％、硼14％；合金粉末的材料选自于精度为99.7％以上的钴、铬、铁、镍纯金属以及硅含量为77％的硅铁、硼含量为24％的硼铁；合金粉末的制备过程如下：将称取好的上述组分混合后放入行星球磨机中，在氩气保护作用下进行球磨；球磨结束后，由筛粉机筛出粒度为200～300目的粉体作为成品粉。本发明专利技术可用于制备含有非晶相的合金覆层，并且能够实现覆层与基体的良好冶金结合；使用本发明专利技术制备合金覆层，不仅可以大大降低使用稀土金属制备合金覆层的生产成本，而且制备出的合金覆层具有较强的显微硬度及高温耐磨性，具有重大的生产意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种合金粉末，尤其涉及一种高温耐磨激光熔覆用合金粉末。
技术介绍
激光熔覆技术是上世纪70年代新兴的一种新型表面工程技术，它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝，可以使基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。该熔覆层可以显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化性及电气特性，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素，因此，激光熔覆技术的应用前景非常广阔。激光熔覆用的熔覆材料通常以粉、丝、板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用。现有技术中的合金粉末大多采用稀土元素为主要体系，如钕，锆和钽等，具有开发应用成本较高的缺陷，而且随着现代工业技术的更新与发展，人们对机械设备及零件材料的耐磨损性要求也越来越高，现有的合金粉末已不能满足人们对覆层硬度和耐磨度的需要。
技术实现思路
为了解决上述技术所存在的不足之处，本专利技术提供了一种高温耐磨激光熔覆用合金粉末。为了解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种高温耐磨激光熔覆用合金粉末，由以下原子摩尔比的成分组成：钴12～20％、铁22～30％、铬29％、镍8％、硅7％、硼14％；合金粉末的材料选自于精度为99.7％以上的钴、铬、铁、镍纯金属以及硅含量为77％的硅铁、硼含量为24％的硼铁；合金粉末的制备过程如下：依次称取对应质量的钴、铬、镍、硅铁、硼铁，再进一步计算出铁的添加量并称取；将称好的上述组分混合后放入行星球磨机中，在氩气保护作用下进行球磨，球磨时间为1～2h，球磨转速为300～400r/min；球磨结束后，由筛粉机筛出粒度为200～300目的粉体作为成品粉。本专利技术可用于制备含有非晶相的合金覆层，并且能够实现覆层与基体的良好冶金结合；使用本专利技术制备合金覆层，不仅可以大大降低使用稀土金属制备合金覆层的生产成本，而且制备出的合金覆层具有较强的显微硬度及高温耐磨性，具有重大的生产意义。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术由以下原子摩尔比的成分组成：钴12～20％、铁22～30％、铬29％、镍8％、硅7％、硼14％；合金粉末的材料选自于精度为99.7％以上的钴、铬、铁、镍纯金属以及硅含量为77％的硅铁、硼含量为24％的硼铁；合金粉末的制备过程如下：依次称取对应质量的钴、铬、镍、硅铁、硼铁，再进一步计算出铁的添加量并称取；将称好的上述组分混合后放入行星球磨机中，在氩气保护作用下进行球磨，球磨时间为1～2h，球磨转速为300～400r/min；球磨结束后，由筛粉机筛出粒度为200～300目的粉体作为成品粉。本专利技术在激光熔覆
的应用步骤如下：a、基材预处理：先用磨床对H13钢基材表面进行机加工，保证表面光滑平整；再使用丙酮清洗去除表面油污和脏物，然后放入干燥箱中进行烘干处理；将配置好的合金粉末一并放入干燥箱中；调节干燥箱的温度为100℃，干燥时间为1h；b、涂层：取出烘干好的合金粉末和H13钢基材，将合金粉末预置在H13钢基材表面，并通过刮粉器控制预置合金粉末的厚度，使粉末的厚度为200μm；c、激光熔覆：将预置好合金粉末的基体放置于氩气保护罩中，对保护罩进行预通气，氩气通入时间为1.5min；使用脉冲激光器对充氩保护罩中的预置基体进行熔覆；将脉冲激光器的工作参数设置为：电流380A，脉宽8ms，频率4Hz，激光扫描速度为100mm/min，激光斑点直径为2.2～2.5mm，激光离焦量为20mm；熔覆结束后，将基体冷却至室温，即在H13钢表面得到非晶合金覆层，完成制备。氩气保护罩的材质为石英玻璃，用于观察保护罩内部的加工轨迹，并保护激光器上的光学镜片不会受到高温粉末灼烧。石英玻璃保护罩的优点为对激光吸收较少，激光透过率可达90％以上。脉冲激光器为Nd:YAG固体激光器。下面通过具体实施例对本专利技术的应用效果作进一步地阐述。实施例一：按照以下原子摩尔比进行合金粉末的配置：钴20％、铁22％、铬29％、镍8％、硅7％、硼14％按照上述应用步骤对合金粉末进行激光熔覆，测试得到非晶含量为67％的合金覆层；对合金覆层进行显微硬度测试以及高温耐磨性测试，测试结果如下：(1)覆层比基体的显微硬度提高了4.3倍；(2)非晶覆层由外到内的摩擦系数维持在0.11～0.17，且表面磨损率相对基体降低了54％，表明该合金覆层具有极好的耐磨性。实施例二：按照以下原子摩尔比进行合金粉末的配置：钴18％、铁24％、铬29％、镍8％、硅7％、硼14％；按照上述应用步骤对合金粉末进行激光熔覆，测试得到非晶含量为64％的合金覆层；对合金覆层进行显微硬度测试以及高温耐磨性测试，测试结果如下：(1)覆层比基体的显微硬度提高了4.1倍；(2)非晶覆层由外到内的摩擦系数维持在0.13～0.18，且表面磨损率相对基体降低了48％，表明该合金覆层具有极好的耐磨性。实施例三：按照以下原子摩尔比进行合金粉末的配置：钴16％、铁28％、铬29％、镍8％、硅7％、硼14％；按照上述应用步骤对合金粉末进行激光熔覆，测试得到非晶含量为63.5％的合金覆层；对合金覆层进行显微硬度测试以及高温耐磨性测试，测试结果如下：(1)覆层比基体的显微硬度提高了3.9倍；(2)非晶覆层由外到内的摩擦系数维持在0.13～0.19，且表面磨损率相对基体降低了46％，表明该合金覆层具有极好的耐磨性。实施例四：按照以下原子摩尔比进行合金粉末的配置：钴14％、铁28％、铬29％、镍8％、硅7％、硼14％；按照上述应用步骤对合金粉末进行激光熔覆，测试得到非晶含量为59.5％的合金覆层；对合金覆层进行显微硬度测试以及高温耐磨性测试，测试结果如下：(1)覆层比基体的显微硬度提高了3.7倍；(2)非晶覆层由外到内的摩擦系数维持在0.14～0.21，且表面磨损率相对基体降低了42％，表明该合金覆层具有极好的耐磨性。实施例五：按照以下原子摩尔比进行合金粉末的配置：钴12％、铁30％、铬29％、镍8％、硅7％、硼14％；按照上述应用步骤对合金粉末进行激光熔覆，测试得到非晶含量为51％的合金覆层；对合金覆层进行显微硬度测试以及高温耐磨性测试，测试结果如下：(1)覆层比基体的显微硬度提高了3.3倍；(2)非晶覆层由外到内的摩擦系数维持在0.15～0.22，且表面磨损率相对基体降低了37％，表明该合金覆层具有极好的耐磨性。本专利技术配方结合激光熔覆技术，制备得到的合金覆层上部的相为非晶相和晶化相的混合组织，非晶相所占的比例最高可达67％；模具覆层中非晶相含量过高时，非晶覆层内部会开裂，从而使模具在热锻或热挤压时表面覆层易脱落，进而影响模具的精度以及使用寿命。因此，本专利技术将配方中的稀土体系改变为钴体系，虽然稍微降低了非晶相含量，但非晶相含量的适当降低有助于提高非晶覆层的塑韧性、耐磨性以及冲击磨损性能，而且避免使用稀土金属或其它昂贵金属，可以使非晶覆层的生产成本大幅度降低，更符合我国的可持续发展战略要求，具有重大的生产意义。此外，本专利技术中含有硅、硼等自熔性元素，可以在激光熔覆过程中对熔池内部起到脱氧自熔的作用，从而实现覆层与基体的良好冶金结合，熔覆效率更高。上述实施方式并非是对本专利技术的限制，本专利技术也并不仅限于上述举例，本
的技术人员在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温耐磨激光熔覆用合金粉末，其特征在于：所述合金粉末由以下原子摩尔比的成分组成：钴12～20％、铁22～30％、铬29％、镍8％、硅7％、硼14％；所述合金粉末的材料选自于精度为99.7％以上的钴、铬、铁、镍纯金属以及硅含量为77％的硅铁、硼含量为24％的硼铁；所述合金粉末的制备过程如下：依次称取对应质量的钴、铬、镍、硅铁、硼铁，再进一步计算出铁的添加量并称取；将称好的上述组分混合后放入行星球磨机中，在氩气保护作用下进行球磨，球磨时间为1～2h，球磨转速为300～400r/min；球磨结束后，由筛粉机筛出粒度为200～300目的粉体作为成品粉。

【技术特征摘要】
1.一种高温耐磨激光熔覆用合金粉末，其特征在于：所述合金粉末由以下原子摩尔比的成分组成：钴12～20％、铁22～30％、铬29％、镍8％、硅7％、硼14％；所述合金粉末的材料选自于精度为99.7％以上的钴、铬、铁、镍纯金属以及硅含量为77％的硅铁、硼含量为24％的硼铁；所述合金粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵洪运，舒凤远，刘硕，赵一璇，贺文雄，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：山东;37