一种掺杂稀土/石墨烯的夹心型镍基合金复合材料的制备工艺制造技术

本发明专利技术提供一种掺杂稀土/石墨烯的夹心型镍基合金复合材料的制备工艺，包括以下步骤：将钢基材用粗砂纸打磨后，在激光熔覆的同时输送镍基合金粉末，经多层单道激光熔覆在钢基材的表面，形成涂覆镍基合金底层的钢基材；将涂覆镍基合金底层的钢基材的表面铺先后铺一层稀土改性的石墨烯粉末和镍基合金粉末，激光熔融得到掺杂稀土/石墨烯的镍基合金层钢基材；然后再在激光熔覆的同时输送镍基合金粉末，经多层多道激光熔覆在掺杂稀土/石墨烯的镍基合金层钢基材表面，形成夹心型镍基合金层的基材坯体；将夹心型镍基合金层的基材坯体表面及边缘铣削加工，得到掺杂稀土/石墨烯的夹心型镍基合金复合材料。

Preparation of a sandwich nickel base alloy composite material doped with rare earth / graphene

The invention provides a preparation process of a sandwich nickel-based alloy composite material doped with rare earth/graphene, which includes the following steps: grinding the steel base material with coarse sand paper, conveying nickel-based alloy powder while laser cladding, and cladding on the surface of the steel base material by multi-layer single channel laser, forming a steel base material coated with nickel-based alloy bottom layer. A layer of rare earth modified graphene powder and nickel base alloy powder was laid on the surface of the steel substrate coated with nickel base alloy, and the nickel base alloy layer doped with rare earth/graphene was obtained by laser melting; then the nickel base alloy powder was transported while laser cladding, and the rare earth/stone was doped by multi-layer and multi-channel laser cladding. A sandwich nickel-based alloy blank is formed on the surface of the nickel-based alloy layer steel substrate of melene. The surface and edge of the sandwich nickel-based alloy blank are milling to obtain a sandwich nickel-based alloy composite doped with rare earth/graphene.

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂稀土/石墨烯的夹心型镍基合金复合材料的制备工艺
本专利技术属于镍基合金涂层材料
，具体涉及一种掺杂稀土/石墨烯的夹心型镍基合金复合材料的制备工艺。
技术介绍
激光熔覆层的形成过程是一个复杂的物理化学过程和熔体快速凝固的过程，与堆焊、热喷涂、电镀等传统表面处理技术相比，激光熔覆技术不仅可以显著改善金属表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能，而且适用的材料体系广泛、熔覆层稀释率可控、熔覆层与基体为冶金结合、基体热变形小、工艺易于实现自动化等，在诸多工业领域有广泛的应用。激光熔覆层的质量与性能与激光熔覆的材料、基材品种和工艺参数有很大的关系。目前，激光熔覆材料的材料可分为粉末状、膏状、丝状、棒状和薄板状，激光熔融粉末材料主要分为金属粉末、陶瓷粉末和复合粉末，其中金属粉末是自熔性合金粉末，金属粉末中含有的硅和硼等元素会优先与合金粉末中氧和工作表面氧化物一起熔融生产低熔点的硼硅酸盐等覆盖在金属表面，防止液态金属的过度氧化，提高熔体对基体金属的润湿能力，减少熔覆层中夹杂和含氧量。镍基合金由于具有良好的减磨性、嵌入性、顺应性和抗咬合性，被广泛的应用于船舶、汽轮机、航空航天等轴承零部件表面耐磨层的制备。中国专利CN107803501A公开的一种锡基巴士合金构建的激光增材制造方法，在预热的表面镀一层锡的钢基板上铺设一层锡基巴士合金粉末层，用激光束选区加热金属粉末层，使其局部熔合，在表面镀一层锡的钢基板表面形成冶金结合的激光熔覆层，然后基板下降一个合金粉末层厚度，重复铺设一层锡基巴氏合金粉末层和激光束选区加热步骤，形成预上一层激光熔覆层冶金结合的激光熔覆层，逐层铺粉和激光熔覆，得到三维锡基巴氏合金构建。中国专利CN100575519C公开的镍基合金和具有镍基合金层密封面的不锈钢阀门及制备方法，将粒径为100-325目的粉末状镍基合金粉末(成分和含量为：C1-1.5％、Cr17.5-19.5％、Mo7-9％、W3.5-4.5％、Nb2-2.5％、Si2.6-3％、N余量)，在1-4kW的激光功率下，通过多层多道搭接/多层单道激光熔覆同步输送到1Cr18Ni9Ti/0Cr18Ni10Ti不锈钢阀门上制备出所需长度、宽度和厚度的镍基合金层密封面，其中镍基合金层与不锈钢基体为冶金结合，无裂缝、气孔，镍基合金层包括镍基固溶体枝晶、枝晶间金属碳化物和金属硅化物。该方法制备的具有镍基合金层密封面的不锈钢阀门中镍基合金层封面不含有B和Co，具有高硬度、良好抗热震和抗撞击性能。由上述现有技术可知，依据镍基合金的组分性能优化激光熔融工艺，可制备得到多性能多外形的镍基巴士合金涂层，赋予复合材料更多的性能。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种掺杂稀土/石墨烯的夹心型镍基合金复合材料的制备工艺，先以多层单道激光熔覆的同时输送镍基合金粉末在钢基材的表面附着一层镍基合金底层，然后在镍基合金底层的表面先后铺设一层稀土改性的石墨烯粉末和镍基合金粉末，激光熔融形成掺杂稀土/石墨烯的镍基合金夹心层，最后以多层多道激光熔覆的同时输送镍基合金粉末在刚基材的表面附着一层镍基合金表层，最后经铣削加工得到掺杂稀土/石墨烯的夹心型镍基合金复合材料。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种掺杂稀土/石墨烯的夹心型镍基合金复合材料的制备工艺，包括以下步骤：(1)将钢基材用粗砂纸打磨后，在激光熔覆的同时输送镍基合金粉末，经多层单道激光熔覆在钢基材的表面，形成涂覆镍基合金底层的钢基材；(2)将氧化石墨烯溶液超声分散均匀后，加入稀土盐溶液，混合均匀后，滴加碱性溶液，加热反应后，过滤取沉淀物，将沉淀物加入到葡萄糖溶液中，搅拌均匀后，水热反应得到稀土改性的石墨烯溶液，将稀土改性的石墨烯溶液过滤洗涤干燥后，研磨过筛，得到稀土改性的石墨烯粉末；(3)将步骤(1)制备的涂覆镍基合金底层的钢基材的表面铺先一层步骤(2)制备的稀土改性的石墨烯粉末，再铺一层镍基合金粉末，经激光熔融，得到掺杂稀土/石墨烯的镍基合金层钢基材；(4)将步骤(3)制备的掺杂稀土/石墨烯的镍基合金层钢基材表面，在激光熔覆的同时输送镍基合金粉末，经多层多道激光熔覆在掺杂稀土/石墨烯的镍基合金层钢基材表面，形成夹心型镍基合金层的基材坯体；(5)将步骤(4)制备的夹心型镍基合金层的基材坯体表面及边缘铣削加工，得到掺杂稀土/石墨烯的夹心型镍基合金复合材料。作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)、(3)或者(4)中，镍基合金粉末的粒径为30-50μm，组分含量为：Sn余量，Cu：5.5-6.5％，Sb：10.0-12.0％，Fe：≤0.1％，Zn：≤0.01％，Bi：≤0.03％，As：≤0.1％，Al：≤0.01％，Pb：≤0.35％，Cd：≤0.35％，其他元素：≤0.55％。作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，钢基材的碳含量为0.2％。作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，多层单道激光熔覆的工艺参数为：激光功率为1500-2500w，激光束扫描速率为20mm/s，送粉速率为18-20g/min，单层单道宽度为3.8-4mm，单层单道高度为1.1-1.2mm，在道间搭接率为40％的情况下，道与道间偏离距离为2.3-2.4mm。作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，稀土盐为硝酸镧或者硝酸铈。作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，稀土改性的石墨烯粉末的粒径为10-40μm，石墨烯的含量不低于70％。作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，稀土改性的石墨烯粉末和镍基合金粉末的质量比为1-5:10-20。作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，激光功率为1400-1800w，激光束扫描速率为20mm/s。作为上述技术方案的优选，所述步骤(4)中，多层多道激光熔覆的工艺参数为：第一层工艺参数：激光功率为1400-2600w，激光束扫描速率为20mm/s，送粉速率为18-20g/min，道间搭接率为30-50％，保护气流量0.4MPa，光斑尺寸为3.2-3.4mm，第二层及后续熔覆层工艺参数：激光功率为600-1200w，激光束扫描速率为20mm/s，送粉速率为18-20g/min，道间搭接率为30-50％，保护气流量0.4MPa，光斑尺寸为3.2-3.3mm。作为上述技术方案的优选，所述步骤(5)中，掺杂稀土/石墨烯的夹心型镍基合金复合材料的表面粗糙度Ra＜5μm。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术制备的掺杂稀土/石墨烯的夹心型镍基合金复合材料主要原料为镍基合金粉末和钢基材，其中，由于锡基巴氏合金与钢基材热物性差异较大，在进行第一层熔覆的时主要为锡基巴氏合金与钢基材之间的结合，其结合质量的好坏直接影响着锡基巴氏合金与钢基材的结合力，后续的熔覆层均是在锡基巴氏合金基体上进行的熔覆，由于锡基巴氏合金的液相点温度为370℃，温度较低属于低熔点合金，因此如果输入能量较大，会导致熔覆过程中熔池铺展较开甚至发生熔池坍塌导致锡基巴氏合金液体流淌。由于锡基巴氏合金的液相点温度为370℃、钢基材熔点为1530℃，多层单道和多层多道的工艺参数并不一样。本专利技术还在镍基合金底层和镍基合金面层之间加入掺杂稀土/石墨烯的镍基合金中间层，用镍基合金将稀土元素和石墨烯包覆其中，将镍基合金中加入高熔点的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掺杂稀土/石墨烯的夹心型镍基合金复合材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)将钢基材用粗砂纸打磨后，在激光熔覆的同时输送镍基合金粉末，经多层单道激光熔覆在钢基材的表面，形成涂覆镍基合金底层的钢基材；(2)将氧化石墨烯溶液超声分散均匀后，加入稀土盐溶液，混合均匀后，滴加碱性溶液，加热反应后，过滤取沉淀物，将沉淀物加入到葡萄糖溶液中，搅拌均匀后，水热反应得到稀土改性的石墨烯溶液，将稀土改性的石墨烯溶液过滤洗涤干燥后，研磨过筛，得到稀土改性的石墨烯粉末；(3)将步骤(1)制备的涂覆镍基合金底层的钢基材的表面铺先一层步骤(2)制备的稀土改性的石墨烯粉末，再铺一层镍基合金粉末，经激光熔融，得到掺杂稀土/石墨烯的镍基合金层钢基材；(4)将步骤(3)制备的掺杂稀土/石墨烯的镍基合金层钢基材表面，在激光熔覆的同时输送镍基合金粉末，经多层多道激光熔覆在掺杂稀土/石墨烯的镍基合金层钢基材表面，形成夹心型镍基合金层的基材坯体；(5)将步骤(4)制备的夹心型镍基合金层的基材坯体表面及边缘铣削加工，得到掺杂稀土/石墨烯的夹心型镍基合金复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种掺杂稀土/石墨烯的夹心型镍基合金复合材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)将钢基材用粗砂纸打磨后，在激光熔覆的同时输送镍基合金粉末，经多层单道激光熔覆在钢基材的表面，形成涂覆镍基合金底层的钢基材；(2)将氧化石墨烯溶液超声分散均匀后，加入稀土盐溶液，混合均匀后，滴加碱性溶液，加热反应后，过滤取沉淀物，将沉淀物加入到葡萄糖溶液中，搅拌均匀后，水热反应得到稀土改性的石墨烯溶液，将稀土改性的石墨烯溶液过滤洗涤干燥后，研磨过筛，得到稀土改性的石墨烯粉末；(3)将步骤(1)制备的涂覆镍基合金底层的钢基材的表面铺先一层步骤(2)制备的稀土改性的石墨烯粉末，再铺一层镍基合金粉末，经激光熔融，得到掺杂稀土/石墨烯的镍基合金层钢基材；(4)将步骤(3)制备的掺杂稀土/石墨烯的镍基合金层钢基材表面，在激光熔覆的同时输送镍基合金粉末，经多层多道激光熔覆在掺杂稀土/石墨烯的镍基合金层钢基材表面，形成夹心型镍基合金层的基材坯体；(5)将步骤(4)制备的夹心型镍基合金层的基材坯体表面及边缘铣削加工，得到掺杂稀土/石墨烯的夹心型镍基合金复合材料。2.根据权利要求1所述的一种掺杂稀土/石墨烯的夹心型镍基合金复合材料的制备工艺，其特征在于：所述步骤(1)、(3)或者(4)中，镍基合金粉末的粒径为30-50μm，组分含量为：Sn余量，Cu：5.5-6.5％，Sb：10.0-12.0％，Fe：≤0.1％，Zn：≤0.01％，Bi：≤0.03％，As：≤0.1％，Al：≤0.01％，Pb：≤0.35％，Cd：≤0.35％，其他元素：≤0.55％。3.根据权利要求1所述的一种掺杂稀土/石墨烯的夹心型镍基合金复合材料的制备工艺，其特征在于：所述步骤(1)中，钢基材的碳含量为0.2％。4.根据权利要求1所述的一种掺杂稀土/石墨烯的夹心型镍基合金复合材料的制备工艺，其特征在于：所述步骤(1)中，多层单道激光熔覆...

【专利技术属性】
技术研发人员：董永梅，
申请(专利权)人：东莞市佳乾新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44