本申请属于激光熔覆领域，具体涉及一种激光熔敷制备复合耐磨涂层的方法，采用预制合金粉进行激光熔敷修复，得到熔敷层，其中预制合金粉为CoCrFeNiAlx与WO3的混合物，所述熔敷层具有BCC相和FCC相的双相结构，并含有原位合成的Al2O3颗粒和W颗粒。通过上述的方法解决了撕碎机刀具、刀片修复困难的技术问题。利用该方法修复撕碎机刀具，工艺简单，成本可控，性能可靠。靠。靠。
【技术实现步骤摘要】
一种激光熔敷制备复合耐磨涂层的方法及其应用
[0001]本专利技术属于激光熔敷领域，尤其涉及一种激光熔敷制备复合耐磨涂层领域，以及激光熔覆修复热作模具钢领域。
技术介绍
[0002]双轴废钢撕碎机，一个设备上的一副刀具含多把刀片，一个刀片上又分布有多个剪切刃口，刀片使用的是高强度、高硬度与高韧性合金钢，价格昂贵。刀具在剪切金属钢材时，其工作环境极其恶劣，要承受强烈的摩擦、挤压与冲击，所以材料需要在高硬度情况下，仍能保持很高的冲击韧性。
[0003]撕碎机刀具刀片刃口一旦耐磨大，或发生局部崩口，会导致剪不断，或发生连体料，造成剪切出料成品不合格率下降，就需要将整片刀或整幅刀具报废，需要更换新刀。这样实际上，刃口只占刀片整个材质重量的极少一部分，如果因为刃口损坏，就更换整个刀片，对客户来说，造成维修使用成本太高，所以如何对刀片损坏的刃口进行修复，同时控制修复成本，成为本行业急需解决的难题。
[0004]因此针对撕碎机刀具的失效部位，提供一种有效的表面改性技术能够更有效率的对模具钢进行修复，延长其服役寿命，同时能保证修复后撕碎机刀具的服役质量是业内共同面临的难题。
[0005]激光熔覆技术是一种利用高能激光束使熔覆材料（线材或粉末）与基体表层同时熔化并凝固在基体表面上的表面改性技术。其具有诸多优势，如：涂层与基体结合方式为冶金结合，结合强度高；输入功率高但总输入能量较低，基体受到的热影响小，不易变形；当熔覆材料为粉末时，可根据需要进行配制，选材广。凭借这些优势，激光熔覆已被广泛应用于新材料制备、金属零部件制造及失效金属零部件修复中。
[0006]高熵合金这一概念最早由中国台湾省学者叶均蔚提出，其与传统合金的最大区别为不再以一种或两种元素为主，而是采用五种或五种以上的元素作为基本组元，且每种元素的摩尔分数介于 5%与 35% 之间。由于高熵合金的成分的特殊性，其具有高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应与“鸡尾酒”混合效应。这些特性使得高熵合金拥有强度与硬度高，耐磨损性能好，耐腐蚀性能好等优良性能。利用激光熔覆技术对在热作模具钢表面制备一层高熵合金涂层，或对热作模具进行修复，其使用寿命有望得到极大提升。
技术实现思路
[0007]本专利技术提供一种激光熔敷涂层的方法，以及利用该方法修复撕碎机刀具的方法，工艺简单，成本可控，性能可靠。
[0008]一种激光熔敷制备复合耐磨涂层的方法，采用预制合金粉进行激光熔敷修复，得到熔敷层；其中激光熔敷工艺为，激光功率为2200
‑
4200W，控制惰性保护气体流量为1～30L/min扫描速度为12～20mm/s，通过四点式同轴送粉，送粉量为2.5～6.5g/s，搭接量50
‑
55%；所述预制合金粉为CoCrFeNiAl
x
与WO3的混
合物；所述WO3纳米颗粒包覆在所述CoCrFeNiAl
x
颗粒上。
[0009]所述预制合金粉中CoCrFeNiAl
x
的X为1.0
‑
1.5。
[0010]所述熔敷层具有BCC相和FCC相，并含有原位合成的Al2O3颗粒和W颗粒。
[0011]所述预制合金粉的制备工艺为：1）按照设定比例将CoCrFeNiAlx中熵合金粉末加入钨酸铵溶液中，得到混合溶液；2）将混合溶液加热至60℃～80℃，加入柠檬酸进行搅拌4
‑
8h，其中柠檬酸与钨酸铵的摩尔比为2.5～3.5：1之间，之后进行真空干燥，得到混合前体；3）将步骤2）所得混合前体置于惰性气氛下进行煅烧处理，得到预制合金粉；步骤1）中，CoCrFeNiAl
x
与溶液中钨酸铵的摩尔比为1：0.1~0.5；步骤1）中，CoCrFeNiAl
x
中熵合金粉末的平均粒度为30～75μm；步骤2）中，真空干燥温度为60～80℃，干燥时间为16～24h；步骤3）中，在氩气气氛下进行煅烧，煅烧温度为520℃～650℃；通过煅烧使得混合前体中的钨酸铵转变为纳米WO3，从而得到表面包覆有WO3纳米颗粒的CoCrFeNiAl
x
颗粒。
[0012]此外，本专利技术还提供一种通过激光熔覆修复撕碎机刀具的方法包括以下步骤a）：对待修复模具表面进行清洁、喷砂等前处理；b）：对模具作去应力退火，采用220
‑
300℃保温1
‑
24小时去应力退火，释放模具工作及损坏过程中的内应力；c）：采用本申请前述的激光熔敷制备复合耐磨涂层的方法的方法，在撕碎机刀具表面进行熔覆修复；d）修复模具后续处理，对修复后模具的熔敷层进行磨削，达到模具设计的尺寸及精度。
[0013]本专利技术中选用CoCrFeNiAl
x
中熵合金，一方面Al 元素熔点低，原子半径大，涂层中添加 Al 元素时会导致高熵合金发生晶格畸变，晶格畸变会阻碍原子的扩散进而有助于细化晶粒，随着 Al 元素含量的增加，加剧了高熵合金中的晶格畸变，引起了合金的相结构由 FCC 向BCC 的转变，使得高熵合金的强度和硬度得到了大幅度的强度。另一面，在激光熔覆的过程中，CoCrFeNiAl
x
颗粒与包覆的WO3纳米颗粒之间发生原位反应，Al还原WO3中的钨，生成Al2O3颗粒及W。Al2O3颗粒的形成作为硬质陶瓷质点均匀弥散分布，有效地提高了重熔层的硬度和耐磨性。W被还原后进入高熵合金层中，导致重熔层合金的晶格畸变效应增加，高熵合金中的元素混乱效应增加，进一步增加了熔覆层的硬度。同时，W能够提高熔覆层的回火稳定性，有效提高熔覆层在撕碎机刀具工作环境中的耐磨性。
[0014]与传统的直接加入Al2O3陶瓷颗粒相比，本专利技术中的Al2O3通过在激光熔覆的过程中直接反应产生，尺寸细小，且本专利技术中通过水相包覆法，使得预制合金粉中WO3均匀包覆在CoCrFeNiAl
x
颗粒表面，从而在熔覆过程中可以保证反应产生的Al2O3可以均匀弥散分布，避免了直接采用Al2O3陶瓷颗粒混粉时，熔覆后熔覆层中Al2O3陶瓷颗粒团聚，陶瓷相分布不均匀的情况，有效的提升了涂层的耐磨性。
附图说明
[0015]附图1：激光熔覆后的涂层形貌照片。
[0016]附图2：磨损实验后涂层的磨损形貌照片。
具体实施方式
[0017]实施例1制备熔覆用预制合金粉：1）按照CoCrFeNiAl与溶液中钨酸铵的摩尔比1：0.2将CoCrFeNiAl中熵合金粉末加入钨酸铵溶液中，得到混合溶液；2） 将混合溶液加热至60℃，加入柠檬酸进行搅拌5h，其中柠檬酸与钨酸铵的摩尔比为2.8：1，之后进行真空干燥，得到混合前体；3）将步骤2）所得混合前体置于惰性气氛下550℃煅烧0.5h，得到预制合金粉。
[0018]在H13热作模具钢表面进行熔覆，热作模具钢表面激光熔覆工艺如下：a）：对H13模具钢表面进行清洁；b）：采用步骤3）制得的预制合金粉进行激光熔敷修复，其中激光熔敷工艺为，激光功率本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种激光熔敷制备复合耐磨涂层的方法，其特征在于：采用预制合金粉进行激光熔敷修复，得到熔敷层；其中激光熔敷工艺为，激光功率为2200
‑
4200W，控制惰性保护气体流量为1～30L/min扫描速度为12～20mm/s，通过四点式同轴送粉，送粉量为2.5～6.5g/s，搭接量50
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55%；所述预制合金粉为CoCrFeNiAl
x
与WO3的混合物；所述WO3纳米颗粒包覆在所述CoCrFeNiAl
x
颗粒上。2.如权利要求1所述的激光熔敷制备复合耐磨涂层的方法，其中所述预制合金粉中CoCrFeNiAl
x
的X为1.0
‑
1.5。3.如权利要求1所述的激光熔敷制备复合耐磨涂层的方法，其中所述熔敷层具有BCC相和FCC相，并含有原位合成的纳米Al2O3颗粒和W颗粒。4.如权利要求3所述的激光熔敷制备复合耐磨涂层的方法，其中所述预制合金粉的制备工艺为：1）按照设定比例将CoCrFeNiAlx中熵合金粉末加入钨酸铵溶液中，得到混合溶液；2）将混合溶液加热至60℃～80℃，加入柠檬酸进行搅拌4
‑
8h，其中柠檬酸与钨酸铵的摩尔比为2.5～3.5：1之间，之后进行真空干...
【专利技术属性】
技术研发人员：林涛，李松庆，董超，
申请(专利权)人：长沙中金智能装备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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