氧化石墨烯复合铁基合金粉末、涂层制备方法及产品技术

本发明专利技术涉及一种氧化石墨烯复合铁基合金粉末，在所述合金粉末中包括以质量分数计的以下组分：氧化石墨烯0.1％～1％；非石墨烯类碳1％～1.3％；Ti 4％～6％；Cr 6％～10％；W 5％～7％；Mn 0.5％～1.1；Ni 3％～7％；V 1％～3％；Fe 64％～79％。本发明专利技术还公开一种利用上述合金粉末采用激光熔覆制备氧化石墨烯复合铁基涂层的方法，一种包括氧化石墨烯复合铁基涂层的产品。采用上述合金粉末制备的涂层强度硬度高，耐磨好，使用寿命长。

Preparation method and products of graphene oxide composite iron base alloy powder and coating

【技术实现步骤摘要】
氧化石墨烯复合铁基合金粉末、涂层制备方法及产品
本专利技术涉及合金材料
，具体涉及一种氧化石墨烯复合铁基合金粉末，采用激光熔覆制备氧化石墨烯复合铁基涂层的方法，以及一种氧化石墨烯复合铁基涂层保护的产品。
技术介绍
工具钢是用以制造切削刀具、量具、模具和耐磨工具的钢。一般来说工具钢需要具有较高的硬度和强度，高的耐磨性和适当的韧性。例如，其中的模具钢在工作中通常会收到强烈的摩擦和挤压，因此模具钢必须要有高的硬度、强度和耐磨性等性能。传统工艺制造的钢材在强度和耐磨性方面始终具有较大的限制。为了增强钢材耐磨性和强度，可以在钢材表面形成一层具有一定强度和良好的耐磨性的合金涂层，从而提高钢材的综合性能，以使其可以满足工具钢的要求。激光熔覆技术是一种形成合金涂层的方法，其所形成的合金涂层与基体材料成冶金结合，组织结构优良，并且可以实现涂层厚度与位置的精准控制。因此，采用激光熔覆技术为提高钢材的综合性能提供了一种有效手段。但是由于涂层材料以及工艺方法的限制，传统的激光熔覆涂层仍然存在强度硬度较低，耐磨性较差，以及涂层寿命较低的技术问题。
技术实现思路
基于此，有必要针对传统激光熔覆涂层仍然存在强度硬度较低，耐磨性较差，以及涂层寿命较低的技术问题，提供一种氧化石墨烯复合铁基合金粉末，激光熔覆制备氧化石墨烯复合铁基涂层的方法，以及包括氧化石墨烯复合铁基涂层的产品。本专利技术提供一种氧化石墨烯复合铁基合金粉末，在所述合金粉末中包括以质量分数计的以下组分：在其中一个实施例中，所述氧化石墨烯的质量分数为0.2％～0.5％。在其中一个实施例中，所述氧化石墨烯为粉体材料，其片径为3μm～15μm。在其中一个实施例中，氧化石墨烯以外的组分为粉体材料，其粒径为5μm～30μm。在其中一个实施例中，所述氧化石墨烯的硫质量百分含量＜0.05％。在其中一个实施例中，所述氧化石墨烯的层数为1～5层。一种激光熔覆制备氧化石墨烯复合铁基涂层的方法，包括以下步骤：提供以上所述合金粉末；提供基体；以及采用所述合金粉末对所述基体进行激光熔覆，在所述基体表面形成氧化石墨烯复合铁基涂层。在其中一个实施例中，所述激光熔覆制备氧化石墨烯复合铁基涂层的方法，还包括以下步骤：在进行激光熔覆之前，将所述合金粉末混合均匀，在200℃～300℃下，真空保温1～3小时。在其中一个实施例中，所述激光熔覆制备氧化石墨烯复合铁基涂层的方法，还包括以下步骤：在进行激光熔覆之前，对所述基体进行激光扫描，将所述基体预热至150℃～220℃。在其中一个实施例中，所述基体为钢材基体。在其中一个实施例中，所述基体为工具钢基体。一种氧化石墨烯复合铁基涂层保护的产品，包括：基体；和根据以上所述的方法形成于所述基体表面的氧化石墨烯复合铁基涂层。在其中一个实施例中，所述基体为钢材基体。在其中一个实施例中，所述基体为工具钢基体。本专利技术提供的氧化石墨烯复合铁基合金粉末，将其用于激光熔覆，在基体表面形成氧化石墨烯复合铁基涂层，以及利用上述激光熔覆方法得到的工具钢。在所述合金粉末中，加入氧化石墨烯，氧化石墨烯具有巨大的表面积使其能够很好的包裹在合金粉末表面，同时利用氧化石墨烯的超高强度、硬度和二维特性，以及氧化石墨烯与其他元素之间的充分配合，使得所得到的涂层具有较高的强度和硬度，具备良好的耐磨性，同时所述涂层与基体的结合性较好，从而提高涂层以及包含所述涂层的结构，例如工具钢的寿命。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面对本专利技术进行更全面的描述。本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本专利技术提供一种氧化石墨烯复合铁基合金粉末，在所述合金粉末中包括以质量分数计的以下组分：氧化石墨烯0.1％～1％；非石墨烯类碳1％～1.3％；Ti4％～6％；Cr6％～10％；W5％～7％；Mn0.5％～1.1；Ni3％～7％；V1％～3％；Fe64％～79％。在所述合金粉末中，当所述氧化石墨烯的含量过高时，由于氧化石墨烯密度小，体积大的原因，石墨烯无法均匀粘附的其他元素粉体上，从而容易形成团聚，降低熔覆后涂层的力学性能；当氧化石墨烯含量较少，过低时，其中氧化石墨烯对于涂层的增强效果明显降低。虽然氧化石墨烯在激光熔覆过程中容易与其他元素中的金属元素产生反应，但由于氧化石墨烯本身化学性质较为稳定，因此激光熔覆过程中氧化石墨烯仅在和金属元素粉体的界面处与金属元素产生少量的反应生成如碳化钛、铁碳化物等金属碳化物，其反应的石墨烯占石墨烯总量的10％以下，因此含量为0.1％～1％的氧化石墨烯足够保证采用所述合金粉末激光熔覆生成的涂层的性能。利用所述合金粉末激光熔覆形成涂层的过程中，Cr元素可以和碳元素形成含铬的碳化物，从而提高涂层的强度、硬度和耐磨性，并能够保持一定的韧性。在合金粉末中Cr元素的含量为6％～10％使涂层有良好的高温抗氧化性和耐氧化性腐蚀的作用，还增加涂层的热强性。由于Ti和碳有强亲和力，在形成涂层的过程中Ti可以形成碳化钛，碳化钛微粒有阻止晶粒长大的作用，Ti用来固定其中的部分碳以消除Cr在晶界处的贫化，从而消除或减轻钢的晶间腐蚀。加入质量分数为4％～6％的钛，不但能提高形成的涂层的抗蚀性(主要是抗晶间腐蚀)和韧性，还能阻止涂层晶粒长大，并改善涂层和基体钢材的结合性能。此含量范围内的钛元素超过了钛在铁中的固溶度，多余的钛元素和接触的非石墨烯碳单质和/或氧化石墨烯生成碳化钛，能够提高涂层强度和耐磨性，又可以提高了氧化石墨烯与形成的涂层的结合力。在所述的合金粉末中包括含量为1％～3％的V元素，V在形成的涂层中主要以碳化物的形式存在。其主要作用是细化涂层的组织和晶粒，提高激光熔覆后涂层的强度和屈服比，特别是提高比例极限和弹性极限，降低热处理时脱碳敏感性，从而提高了涂层表面质量，V元素的添加会降低涂层的淬透性，因此需要配合Cr、W元素的添加降低V元素对涂层淬透性的影响。含量为1％～3％的V元素除了和部分单质碳元素反应外，还可以和氧化石墨烯反应生成碳化钒，提高涂层强度的同时又可以提高氧化石墨烯和涂层的结合力。在所述的合金粉末中包括W元素，在形成的涂层中，W与碳元素形成碳化物，增加涂层的耐磨性，并且还可以部分地溶入铁中形成固溶体。钨可以降低钢的过热敏感性、增加钢的淬透性和提高钢的硬度。钨在涂层合金中形成难熔碳化物，能缓解碳化物的聚集过程，保持较高的高温强度。由于5％～7％质量分数的W的加入，使得形成的涂层能够承受较大负荷、耐热并能够承受一定冲击。在所述的合金粉末中包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化石墨烯复合铁基合金粉末，其特征在于，在所述合金粉末中包括以质量分数计的以下组分：/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯复合铁基合金粉末，其特征在于，在所述合金粉末中包括以质量分数计的以下组分：





2.根据权利要求1所述的合金粉末，其特征在于，所述氧化石墨烯的质量分数为0.2％～0.5％。


3.根据权利要求1所述的合金粉末，其特征在于，所述氧化石墨烯为粉体材料，其片径为3μm～15μm。


4.根据权利要求1所述的合金粉末，其特征在于，氧化石墨烯以外的组分为粉体材料，其粒径为5μm～30μm。


5.根据权利要求1-4任一项所述的合金粉末，其特征在于，所述氧化石墨烯的硫质量百分含量＜0.05％。


6.根据权利要求1-4任一项所述的合金粉末，其特征在于，所述氧化石墨烯的层数为1～5层。


7.一种激光熔覆制备氧化石墨烯复合铁基涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供权利要求1-6任一项所述的合金粉末；
提供基体；以及
采用所述合金粉末对所述基体进行激光熔覆，在所述基体...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹振，李佳惠，张海平，李炯利，王旭东，
申请(专利权)人：北京石墨烯技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11