激光熔覆沉淀硬化不锈钢耐磨耐蚀涂层的制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了激光熔覆沉淀硬化不锈钢耐磨耐蚀涂层的制备方法与应用，基体材料为1Cr15Ni4Mo3N沉淀硬化不锈钢，由包含以下组分和重量百分比含量组成：C 0.11～0.16wt％,Mn 0.5～1.0wt％，Mo 2.3～2.8wt％，Ni 4.0～5.0wt％，Cr 14.0～15.5wt％，N 0.05～0.10wt％,Si不大于0.7wt％，S不大于0.02wt％，P不大于0.03wt％，余量为Fe；熔覆层材料由包含以下组分和重量百分比含量组成：C 10.65‑12.50wt％,Mo 2.36‑2.77wt％，Ni 4.08‑4.79wt％，Cr 11.18‑13.12wt％，N 1.96‑6.02wt％,Al 0.23‑0.37wt％，Si 0.16‑0.25wt％，S不大于0.05wt％，P不大于0.05wt％，余量为Fe；采用同步送粉方式将熔覆层粉末通过送粉器送入激光光束下方熔化，在基体表面凝固形成熔覆层，用于航天、航空、海洋领域的大型商务机、空战机、直升机旋翼桨毂，耐磨耐蚀要求高的紧固件和承力零件。

【技术实现步骤摘要】
激光熔覆沉淀硬化不锈钢耐磨耐蚀涂层的制备方法与应用
本专利技术属于金属表面处理
，具体涉及激光熔覆沉淀硬化不锈钢耐磨耐蚀涂层的制备方法与应用。
技术介绍
沉淀硬化不锈钢是二次世界大战以后，由于航空航天的迅速发展，传统材料的强度和硬度已经不能满足所需性能要求而开发的钢种。其中，1Cr15Ni4Mo3N沉淀硬化不锈钢是一种铁磁性材料，具有较高的强度、耐蚀性、抗氧化性和可焊性等优点，可以在奥氏体状态进行加工、冷变成形和焊接，随后通过改善处理控制马氏体的转变和析出硬化，获得优异的强韧性和耐腐蚀性，尤其是对抗应力腐蚀具有大大的提高。并且该钢平均显微硬度可达449HV，具有良好的纵横向性能，较低的缺口敏感性以及低载荷下的应力集中敏感性和工艺性，是当前综合力学性能优异的金属结构材料，可用于300℃的大气和燃料长期工作的承力零件及紧固件，但其对热处理要求严格，易出现强度、硬度下降导致零部件磨损而发生损失或快速失效，提高其耐磨耐蚀性成为许多学者研究的对象。半奥氏体沉淀硬化不锈钢对其各化学成分及含量要求非常严格，热处理工艺复杂，并且对温度的设定及控制要很高的精确性，钢在加工硬化方面趋向性较大，在深变形、冷加工时常需进行多次中间退火。因此该材料在实际热处理过程中，经常出现硬度、强度偏下限问题，耐磨性下降，导致在实际应用中出现故障。为得到更好的强度和硬度，大多数研究者改变不同时段如：回火、退火时的温度来提高其硬度和强度。吴奎林等通过回火温度为250、300、350、470、600℃，研究1Crl5Ni4Mo3N的组织与性能，当回火温度低于200℃时，该钢具有较高的抗拉强度和硬度；300℃时，材料的抗拉强度和硬度呈下降趋势；在300-450℃之间，抗拉强度和硬度又随回火温度的升高而逐渐增高；当回火温度达到470℃时，抗拉强度及硬度都会升到最高值；回火温度超出470℃时，抗拉强度和硬度又迅速下降。此外，1Crl5Ni4Mo3N的耐疲劳性能和耐磨性能相对于耐腐蚀性能相差甚远。一些研究者采用镀层表面处理来提高其耐疲劳性，TangZ等在1Crl5Ni4Mo3N上刷镀镍，研究刷镀镍对1Cr15Ni4Mo3N钢疲劳、氢脆等性能的影响，采用镀镍工艺的1Cr15Ni4Mo3N钢经过200h氢脆试验后，脆性能合格；并且使其疲劳极限下降36％，可以通过衬套的功能考核疲劳试验；镍镀层与1Cr15Ni4Mo3N钢基体具有良好的结合力，刷镀镍工艺是一种修复1Cr15Ni4Mo3N钢零件的好方法。但不管热处理温度的调整或表面处理都只能单方便的改变其性能，并且方法比较麻烦，影响因素较多，不能完全确保能够改善其强度、硬度。因此急需一种能够很好地改善1Crl5Ni4Mo3N综合性能的强化工艺，而最近几年兴起的激光熔覆技术就很符合这样的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供激光熔覆沉淀硬化不锈钢耐磨耐蚀涂层的制备方法。本专利技术的目的还在于提供激光熔覆沉淀硬化不锈钢耐磨耐蚀涂层的应用。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：激光熔覆沉淀硬化不锈钢耐磨耐蚀涂层的制备方法，包括以下步骤：(1)基体材料预处理：先将基体材料进行真空淬火并保温一段时间后油浴，然后冰冷处理并保温一段时间后空冷；再对冰冷处理后的基体材料进行回火并保温一段时间空冷出炉，为后序激光熔覆做准备；(2)熔覆层材料选择：熔覆层选用与步骤(1)所述基体材料元素相近、含量不同的粉末，所述熔覆层粉末为规则圆球状；(3)激光熔覆工艺：采用同步送粉激光系统方式将步骤(2)所述熔覆层粉末通过送粉器送入激光光束下方熔化，在步骤(1)所述基体材料表面凝固形成熔覆层。步骤(1)中所述的基体材料为1Cr15Ni4Mo3N沉淀硬化不锈钢，所述的1Cr15Ni4Mo3N沉淀硬化不锈钢为直径12cm、高1cm的圆形钢板。步骤(1)中所述真空淬火温度为1050-1070℃，保温时间为40-60min，所述真空淬火后的基体材料结构为马氏体和大量残余奥氏体；所述冰冷处理温度为-(70-75)℃，保温时间为100-120min，所述冰冷处理后的基体材料结构为马氏体和少量残余奥氏体；所述回火温度为350-400℃，保温时间为100-120min，所述回火后的基体材料结构为马氏体和少量碳化物。步骤(1)中所述的基体材料由包含以下组分和重量百分比含量组成：C0.11～0.16wt％,Mn0.5～1.0wt％，Mo2.3～2.8wt％，Ni4.0～5.0wt％，Cr14.0～15.5wt％，N0.05～0.10wt％,Si不大于0.7wt％，S不大于0.02wt％，P不大于0.03wt％，余量为Fe。优选的，步骤(1)中所述的基体材料由包含以下组分和重量百分比含量组成：C0.12～0.14wt％,Mn0.7～0.9wt％，Mo2.5～2.7wt％，Ni4.4～4.6wt％，Cr14.5～15.0wt％，N0.07～0.09wt％,Si不大于0.5wt％，S不大于0.01wt％，P不大于0.02wt％，余量为Fe。步骤(2)中所述的熔覆层材料由包含以下组分和重量百分比含量组成：C10.65-12.50wt％,Mo2.36-2.77wt％，Ni4.08-4.79wt％，Cr11.18-13.12wt％，N1.96-6.02wt％,Al0.23-0.37wt％，Si0.16-0.25wt％，S不大于0.05wt％，P不大于0.05wt％，余量为Fe。优选的，步骤(2)中所述的熔覆层材料由包含以下组分和重量百分比含量组成：C11.50-12.00wt％,Mo2.55-2.65wt％，Ni4.35-4.55wt％，Cr11.50-12.50wt％，N3.50-5.50wt％,Al0.30-0.34wt％，Si0.18-0.22wt％，S不大于0.03wt％，P不大于0.02wt％，余量为Fe。步骤(2)中所述的熔覆层粉末为200-300目的圆球形粉末。步骤(3)中所述的激光熔覆工艺参数包括：激光功率为1200W～1400W，扫描速度为0.01m/s，送粉器读数5(刻度)，载粉气流量380L/h～400L/h，光斑直径2mm；所述的激光熔覆采用多道搭接熔覆工艺，搭接率为40％～50％，单道熔覆层高度不大于0.5mm。激光熔覆沉淀硬化不锈钢耐磨耐蚀涂层的应用，用于航天、航空、海洋领域的大型商务机、空战机、直升机旋翼桨毂，耐磨耐蚀要求高的紧固件和承力零件。本专利技术具有如下优点：1、本专利技术通过激光熔覆技术在半奥氏体沉淀硬化不锈钢1Cr15Ni4Mo3N上熔覆一层耐磨耐蚀熔覆层，使熔覆层与基体形成良好的金属结合，强度和硬度提高，改善其耐磨性、耐腐蚀性，提高其磨损率；2、激光熔覆技术对表面预处理要求低、熔覆工序简单，有效降低生产成本，激光熔覆部件可多次修复再使用，延长材料的使用寿命、提高部件的工作可靠性；3、激光熔覆沉淀硬化不锈钢耐磨耐蚀涂层部件在干摩擦及油润滑工况下的摩擦性能、在强酸性介质下的耐蚀性能表现优异，在航空、航天、海洋、化工等领域极端环境的应用范围广泛。附图说明图1为本专利技术熔覆层粉末SEM形貌图，其中，(a)为低倍下粉末形貌；(b)为高倍下粉末形貌。图2本专利技术激光熔覆后的基体-熔覆层金相组织，其中，图(a)是激光熔覆层表层区域的显微组织，为粗大的马本文档来自技高网...

【技术保护点】
激光熔覆沉淀硬化不锈钢耐磨耐蚀涂层的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)基体材料预处理：先将基体材料进行真空淬火并保温一段时间后油浴，然后冰冷处理并保温一段时间后空冷；再对冰冷处理后的基体材料进行回火并保温一段时间空冷出炉，为后序激光熔覆做准备；(2)熔覆层材料选择：熔覆层选用与步骤(1)所述基体材料元素相近、含量不同的粉末，所述熔覆层粉末为规则圆球状；(3)激光熔覆工艺：采用同步送粉激光系统方式将步骤(2)所述熔覆层粉末通过送粉器送入激光光束下方熔化，在步骤(1)所述基体材料表面凝固形成熔覆层。

【技术特征摘要】
1.激光熔覆沉淀硬化不锈钢耐磨耐蚀涂层的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)基体材料预处理：先将基体材料进行真空淬火并保温一段时间后油浴，然后冰冷处理并保温一段时间后空冷；再对冰冷处理后的基体材料进行回火并保温一段时间空冷出炉，为后序激光熔覆做准备；(2)熔覆层材料选择：熔覆层选用与步骤(1)所述基体材料元素相近、含量不同的粉末，所述熔覆层粉末为规则圆球状；(3)激光熔覆工艺：采用同步送粉激光系统方式将步骤(2)所述熔覆层粉末通过送粉器送入激光光束下方熔化，在步骤(1)所述基体材料表面凝固形成熔覆层。2.根据权利要求1所述的激光熔覆沉淀硬化不锈钢耐磨耐蚀涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的基体材料为1Cr15Ni4Mo3N沉淀硬化不锈钢，所述的1Cr15Ni4Mo3N沉淀硬化不锈钢为直径12cm、高1cm的圆形钢板。3.根据权利要求1所述的激光熔覆沉淀硬化不锈钢耐磨耐蚀涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述真空淬火温度为1050-1070℃，保温时间为40-60min，所述真空淬火后的基体材料结构为马氏体和大量残余奥氏体；所述冰冷处理温度为-(70-75)℃，保温时间为100-120min，所述冰冷处理后的基体材料结构为马氏体和少量残余奥氏体；所述回火温度为350-400℃，保温时间为100-120min，所述回火后的基体材料结构为马氏体和少量碳化物。4.根据权利要求2所述的激光熔覆沉淀硬化不锈钢耐磨耐蚀涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的基体材料由包含以下组分和重量百分比含量组成：C0.11～0.16wt％,Mn0.5～1.0wt％，Mo2.3～2.8wt％，Ni4.0～5.0wt％，Cr14.0～15.5wt％，N0.05～0.10wt％,Si不大于0.7wt％，S不大于0.02wt％，P不大于0.03wt％，余量为Fe。5.根据权利要求4所述的激光熔覆沉淀硬化不锈钢耐磨耐蚀涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的基体材料由包含以下组分和重量百分比含量组成：C0.12～...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志强，张保森，程宗辉，黄卫华，阚艳，陈海牛，许宜军，孙涛，曹强，曾晓利，张小辉，
申请(专利权)人：国营芜湖机械厂，
类型：发明
国别省市：安徽,34