【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属涂层，具体涉及一种激光熔覆复合涂层及其制备方法。
技术介绍
1、在零部件表面涂覆耐磨功能涂层，可有效提高零部件的表面耐磨性能，延长其使用寿命。随着工程机械与装备向高效、高质、长寿命方向发展，对关键零部件表面的耐磨涂层也提出了更高要求。
2、金刚石具有硬度高、耐磨性好、导热系数高等特点，与ni基、co基、fe基等合金粉末混合，制备成韧性基体中镶嵌耐磨颗粒的复合涂层结构，可有效提高涂层耐磨性，延长零部件的使用寿命，在航空发动机、燃气轮机、水轮机、盾构刀、煤矿截齿、钻探工具、旋耕刀等关键零部件表面耐磨涂层的制备中表现出广阔的应用前景。
3、激光熔覆技术具有热输入小、母材稀释率低、成形精度高、易于实现自动化等优势，是常用的表面功能涂层制备技术之一，应用极为广泛。但金刚石与涂层基底如钢、不锈钢、高温合金等金属物理、化学性能相差较大，熔覆过程中温度梯度与应力状态存在较大差异，熔覆后极易在金刚石附近造成应力集中，形成裂纹甚至直接开裂，导致涂层使用性能差，无法充分发挥金刚石复合涂层的耐磨性能，极大限制了金刚石复合耐磨涂层的应用。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术的目的之一在于提供一种激光熔覆复合涂层的制备方法，其采用三光束激光进行熔覆，生产效率高，并且能够避免涂层中形成应力集中，进而提高涂层的耐磨性和使用稳定性。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种激光熔覆复合涂层的制备方法，包括以下步骤：>
4、(1)对待加工的母材表面进行预处理；
5、(2)设置激光熔覆机参数，沿熔覆方向依次设置三束激光对预处理后的母材表面进行激光熔覆，在母材表面依次形成过渡层、缓释层和耐磨层，制得激光熔覆复合涂层；
6、其中，步骤(2)所述三束激光分别为第一束激光、第二束激光和第三束激光；所述耐磨层熔覆过程采用第一束激光进行预热，第二束激光同步送入第二镍基合金进行熔覆，第三束激光对药芯焊丝进行加热，使药芯焊丝熔化与第二镍基合金混合，形成耐磨层(金刚石集中分布耐磨层的上表层，进一步增加了涂层的耐磨性能)；所述药芯焊丝的药芯组成包括：金刚石。
7、基于第二镍基合金既可以与金刚石产生冶金结合，同时与药芯焊丝能够形成crb、ni3si、ni3b等硬质相，能够整体提升涂层的耐磨性能的特性，因此选择第二镍基合金、含有金刚石的药芯焊丝作为耐磨层的材质。
8、进一步地，所述药芯焊丝的药芯按重量份数计：金刚石60份～80份、硼粉5份～15份、碳粉15份～25份，药皮为钢皮；所述第二镍基合金按重量份数计：镍粉60份～80份，铬粉5份～11份，硅粉5份～10份，钼粉10份～20份；所述药芯焊丝与第二镍基合金以(0.9～1.1):1比例混合；所述金刚石的粒径为45～100μm。由于金刚石在激光熔覆过程中部分会发生石墨化，粒径过小在石墨化的影响下，将影响金刚石的耐磨性能，粒径过大容易导致涂层使用过程中磨损不均匀，且金刚石易脱落，因此本专利技术金刚石的粒径为45～100μm。
9、进一步地，所述过渡层熔覆过程采用第一束激光进行预热，第二束激光同步送入第一镍基合金进行熔覆；所述缓释层熔覆过程中同步送入纯铜粉，熔覆过程只采用第二束激光。
10、本专利技术过渡层熔覆过程只采用第一束激光和第二束激光，第一束激光对母材进行预热，第二束激光对过渡层进行熔覆，预热可减缓后道次的冷却速率，避免裂纹出现，同时对母材表面进行毛化和洁净化处理，提升涂层润湿性能和涂层洁净度。
11、进一步地，所述第一镍基合金组成为：镍粉、铬粉、钼粉、铁粉，和以下四种成分铝粉、钛粉、锰粉、硅粉中的至少一种；按重量份数计，所述镍粉58～62份、铬粉18～23份、钼粉7～12份、铁粉4～7份、铝粉0.3～0.5份、钛粉0.3～0.5份、锰粉0.4～0.6份、硅粉0.4～0.6份；纯铜粉的粒径为25～50μm。为避免纯铜粉对激光的反射率较大，导致难于熔化，本专利技术采用纯铜粉的粒径为25～50μm。
12、本专利技术基于第一镍基合金具有较好的润湿铺展性，可与母材基体形成良好的冶金结合，焊接接头整体韧性优异，选择第一镍基合金作为熔覆过渡层；基于纯铜粉与第一镍基合金的过渡层具有较大的固溶度，能够与第一镍基合金的过渡层形成固溶，以及纯铜粉具有很好的塑性储备，在焊接金刚石涂层过程中和服役过程中可缓冲应力，且纯铜粉的缓释层能与耐磨层形成很好的结合，并能够有效避免耐磨层的裂纹扩展至母材等特性，选择纯铜粉为缓释层的材质。
13、进一步地，所述耐磨层熔覆的参数为：第一束激光功率500～800w，第二束激光功率800～1200w，第三束激光功率700～900w，熔覆速度0.1～0.2m/min，粉盘速度2～3r/min，载气流量4～6l/min，搭接率40％～50％。
14、进一步地，所述过渡层熔覆的参数为：第一束激光功率500～800w，第二束激光功率800～1200w，第三束激光功率0，熔覆速度0.15～0.3m/min，粉盘速度1～2r/min，载气流量2～3l/min，搭接率30％～40％。
15、进一步地，所述缓释层熔覆的参数为：第一束激光功率0，第二束激光功率900～1200w，第三束激光功率0，熔覆速度0.2～0.3m/min，粉盘速度1～2r/min，载气流量2～3l/min，搭接率30％～40％。
16、进一步地，所述第一束激光为矩形光斑，尺寸为10mm×3mm；所述第二束激光为圆形光斑，直径为2～3mm；所述第三束激光为矩形光斑，尺寸为10mm×3mm。
17、进一步地，所述母材为低合金高强钢、碳素钢、耐候钢中的任意一种。
18、本专利技术的目的之二在于提供一种激光熔覆复合涂层，其通过三层梯度过渡熔覆层的结构，能够解决激光熔覆金刚石复合耐磨涂层易开裂、耐磨性能欠佳的问题。
19、一种激光熔覆复合涂层，采用上述制备方法制备得到，所述激光熔覆复合涂层包括由母材表面向外依次设置的过渡层、缓释层和耐磨层，所述耐磨层为金刚石复合涂层，金刚石分布在所述耐磨层的上表层。
20、本专利技术与现有技术相比，其有益效果为：
21、(1)本专利技术提供的制备方法在制备耐磨层时，采用第一束激光进行预热，第二束激光同步送入第二镍基合金进行熔覆，第三束激光对药芯焊丝进行加热，使药芯焊丝熔化与第二镍基合金混合，使金刚石集中分布在耐磨层上表层，能够增加涂层的耐磨性能；
22、(2)本专利技术的制备方法采用了三光束激光进行熔覆，生产效率高，还能够避免涂层中形成应力集中，从而提高涂层的耐磨性和使用稳定性；
23、(3)本专利技术的熔覆复合涂层采用过渡层、缓释层和耐磨层三层梯度过渡熔覆层结构，能够有效避免金刚石激光熔覆涂层中的裂纹缺欠，提升了涂层的耐磨性能和可靠性，大幅延长了工件的使用寿命，具有显著的绿色效益和经济社会效益。
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1.一种激光熔覆复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的激光熔覆复合涂层的制备方法，其特征在于，所述药芯焊丝的药芯按重量份数计：金刚石60～80份、硼粉5～15份、碳粉15～25份；所述药芯焊丝的药皮为钢皮；所述第二镍基合金按重量份数计：镍粉60～80份，铬粉5～11份，硅粉5～10份，钼粉10～20份；所述药芯焊丝与第二镍基合金以(0.9～1.1)：1的比例混合；所述金刚石的粒径为45～100μm。
3.如权利要求1所述的激光熔覆复合涂层的制备方法，其特征在于，所述过渡层熔覆过程采用第一束激光进行预热，第二束激光同步送入第一镍基合金进行熔覆；所述缓释层熔覆过程中同步送入纯铜粉，熔覆过程只采用第二束激光。
4.如权利要求3所述的激光熔覆复合涂层的制备方法，其特征在于，所述第一镍基合金组成为：镍粉、铬粉、钼粉、铁粉，和以下四种成分铝粉、钛粉、锰粉、硅粉中的至少一种；按重量份数计，所述镍粉58～62份、铬粉18～23份、钼粉7～12份、铁粉4～7份、铝粉0.3～0.5份、钛粉0.3～0.5份、锰粉0.4～0.6份、硅粉
5.如权利要求1所述的激光熔覆复合涂层的制备方法，其特征在于，所述耐磨层熔覆的参数为：第一束激光功率500～800W，第二束激光功率800～1200W，第三束激光功率700～900W，熔覆速度0.1～0.2m/min，粉盘速度2～3r/min，载气流量4～6L/min，搭接率40％～50％。
6.如权利要求1所述的激光熔覆复合涂层的制备方法，其特征在于，所述过渡层熔覆的参数为：第一束激光功率500～800W，第二束激光功率800～1200W，第三束激光功率0，熔覆速度0.15～0.3m/min，粉盘速度1～2r/min，载气流量2～3L/min，搭接率30％～40％。
7.如权利要求1所述的激光熔覆复合涂层的制备方法，其特征在于，所述缓释层熔覆的参数为：第一束激光功率0，第二束激光功率900～1200W，第三束激光功率0，熔覆速度0.2～0.3m/min，粉盘速度1～2r/min，载气流量2～3L/min，搭接率30％～40％。
8.如权利要求1所述的激光熔覆复合涂层的制备方法，其特征在于，所述第一束激光为矩形光斑，尺寸为10mm×3mm；所述第二束激光为圆形光斑，直径为2～3mm；所述第三束激光为矩形光斑，尺寸为10mm×3mm。
9.如权利要求1所述的激光熔覆复合涂层的制备方法，其特征在于，所述母材为低合金高强钢、碳素钢、耐候钢中的任意一种。
10.一种激光熔覆复合涂层，其特征在于，采用权利要求1～9任一项所述的制备方法制备得到，所述激光熔覆复合涂层包括由母材表面向外依次设置的过渡层、缓释层和耐磨层，所述耐磨层为金刚石复合涂层，金刚石分布在所述耐磨层的上表层。
...【技术特征摘要】
1.一种激光熔覆复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的激光熔覆复合涂层的制备方法，其特征在于，所述药芯焊丝的药芯按重量份数计：金刚石60～80份、硼粉5～15份、碳粉15～25份；所述药芯焊丝的药皮为钢皮；所述第二镍基合金按重量份数计：镍粉60～80份，铬粉5～11份，硅粉5～10份，钼粉10～20份；所述药芯焊丝与第二镍基合金以(0.9～1.1)：1的比例混合；所述金刚石的粒径为45～100μm。
3.如权利要求1所述的激光熔覆复合涂层的制备方法，其特征在于，所述过渡层熔覆过程采用第一束激光进行预热，第二束激光同步送入第一镍基合金进行熔覆；所述缓释层熔覆过程中同步送入纯铜粉，熔覆过程只采用第二束激光。
4.如权利要求3所述的激光熔覆复合涂层的制备方法，其特征在于，所述第一镍基合金组成为：镍粉、铬粉、钼粉、铁粉，和以下四种成分铝粉、钛粉、锰粉、硅粉中的至少一种；按重量份数计，所述镍粉58～62份、铬粉18～23份、钼粉7～12份、铁粉4～7份、铝粉0.3～0.5份、钛粉0.3～0.5份、锰粉0.4～0.6份、硅粉0.4～0.6份；纯铜粉的粒径为25～50μm。
5.如权利要求1所述的激光熔覆复合涂层的制备方法，其特征在于，所述耐磨层熔覆的参数为：第一束激光功率500～800w，第二束激光功率800～1200w，第三束激光功率700～900w，熔覆速度0....
【专利技术属性】
技术研发人员：秦建，常云峰，丁天然，龙伟民，钟素娟，张冠星，刘晓芳，尤明珠，
申请(专利权)人：郑州机械研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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