【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新材料领域，具体涉及一种灰口铸铁激光熔覆粉体材料及应用。
技术介绍
1、灰口铸铁具有制造成本低，铸造性能好、抗压强度高、可切削性能优良等优异特性，在汽车模具行业中被广泛应用于引擎零件、制动系统和传动系统等关键部件。然而，灰口铸铁模具极易因高频次的使用导致局部磨损严重，从而使得整体报废。如何将大量报废的灰口铸铁模具进行局部修复再制造，实现材料的二次利用和真正的绿色制造，具有重要的应用价值。
2、激光熔覆修复技术是一种新兴的技术，与传统表面改性技术相比其具有诸多优点如激光能量高度集中，且工件受热区域小、变形小；熔覆层与基体呈冶金结合，结合强度高；可选熔覆粉末种类多等。因此将激光熔覆技术运用在灰口铸铁模具的表面改性上是推动灰铸铁在汽车行业乃至船舶石化装备等诸多领域大量运用的关键所在。目前我国对于灰口铸铁的激光熔覆研究较少，关键问题在于激光熔覆过程中灰口铸铁受热后会改变铸铁表层的石墨相和基体组织，带来基体表层石墨的溶解和扩散进而影响熔覆层与基体的冶金结合性能。同时熔覆冷却的过程中片状石墨尖端产生较大的应力集中，并且应力集中随石墨尺寸的增大而增加从而导致裂纹的大量萌生。
3、基于此，本专利技术提供了一种减少激光熔覆灰口铸铁热裂纹的粉体材料，能有效解决上述瓶颈问题，为灰口铸铁汽车模具的激光熔覆提供高性能的新材料和制备方法，对提升汽车模具的制造效率和应用性能有重要意义，有利于解决灰铸铁在我国装备制造业中的应用需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供
2、为实现本专利技术的目的提供如下实施技术方案。
3、在一些实施方案中，本专利技术的一种灰口铸铁激光熔覆层粉体材料，包含以下重量百分比的金属材料：ti 20～40％、la2o3 0.15～0.85％、cu 0.15～0.85％、余量为ni。
4、优选的，本专利技术的粉体材料，包含以下重量百分比的金属材料ti 35％、la2o30.45％、cu 0.55％、余量为ni。
5、更优选的，本专利技术的粉体材料，由以下重量百分比的金属材料组成：ti 35％、la2o30.45％、cu 0.55％、余量为ni。
6、在一些实施方案中，本专利技术提供了一种灰口铸铁激光熔覆层的制备方法，包手以下步骤：
7、1)基材预热：采用激光束对灰口铸铁表面预热至不低于400℃；
8、2)激光熔覆：将本专利技术的粉体材料通过送粉管道与激光束同轴送粉到预热灰口铸铁表面，送粉速度为14～15g/min，激光束同步以1mms-1～6mms-1的扫描速度位移，熔化粉体材料，产生一系列不重叠的单包层轨道覆层；
9、3)表层二次重熔：在上步熔覆完成后，开启表层二次重熔程序，激光扫描，使灰口铸铁熔覆层表层重熔，产生更均匀熔覆层。
10、优选的，上述本专利技术的制备方法，步骤1)中，激光束功率通量为54j/mm2，准直度为12mm，带有氩气保护，波长1064nm，光斑尺寸5mm×5mm，激光功率为2～3kw，扫描速度为5mms-1～20mms-1；
11、优选的，上述本专利技术的制备方法，步骤2)中，在激光熔覆过程中，氩气压力约为0.1mpa，激光功率1.6～2.2kw，扫描速度为4mm/s。在激光熔覆过程中同步开启超声波振动，频率为20～22khz，施加角度为45°～50°，功率为250～300w。所述单包层轨道熔覆层，轨道熔覆层呈直线排列，俩轨道间基本上为无缝衍接。
12、优选的，上述本专利技术的制备方法，步骤3)中，重熔功率设置为1.3～1.5kw，激光扫描速度为12～15mm/s，送粉速度为0.4～0.5r/min。
13、在一些实施方案中，本专利技术提供了一种灰口铸铁激光熔覆层粉体材料用于修复灰口铸铁表面磨损或用于制造灰口铸铁表面熔覆层的用途。
14、在一些具体实施方案中，本专利技术的一种灰口铸铁激光熔覆层的制备方法，包括以下步骤：
15、1)灰口铸铁激光熔覆粉体材料组成：以质量百分数计由下列组分组成：ti：20～40、la2o3：0.15～0.85、cu：0.15～0.85，余量为ni；
16、2)基材预热：在氩气保护下，采用激光束对待修复的灰口铸铁表面预热至400°，激光束功率通量为54j/mm2，激光波长1064nm，准直度为12mm，光斑尺寸5mm×5mm，激光功率为2～3kw，扫描速度为5mms-1～20mms-1；
17、3)激光熔覆：粉体材料通过送粉管道与激光束同轴送粉到预热灰口铸铁表面，送粉速度14～15g/min，激光束同步以4mm/s的扫描速度位移，产生一系列不重叠的单包层轨道熔覆层，其中，在激光熔覆过程中，激光功率1.6～2.2kw，并同步开启超声波振动，频率为20～22khz，施加角度为45°～50°,功率为250～300w。
18、4)表层二次重熔：在上步熔覆完成后，开启表层二次重熔程序，重熔激光功率设置为1.3～1.5kw，扫描速度12～15mm/s。
19、上述本专利技术的制备方法，步骤3)中，在激光熔覆过程中，对熔化池充氩气保持，防止氧化。
20、本专利技术提供的灰口铸铁激光熔覆合金粉体材料中含有较高的ni元素，能够在灰口铸铁激光熔覆材料时效过程中析出纳米级ni3(al,ti)。ni可以无限固溶在γfe奥氏体中和同时可以降低马氏体相变温度使其在室温下出现合金奥氏体，同时有可能ni的高含量而抑制粗大的针状马氏体的形成。
21、本专利技术提供的灰口铸铁激光熔覆合金粉体材料中含有较高的ti元素，ti与灰铸铁中的c结合形成tic，熔池中生成微尺度的tic树突状粒子。灰铸铁表层中的石墨颗粒被消除，基体中的碳含量被降低，形成由合金γ-fe、马氏体和α-cu组成的梯度界面层，能起到共同析出强化的作用，同时提高其表面耐磨性能、强度和断裂韧性。
22、本专利技术提供的灰口铸铁激光熔覆合金粉体材料中含有适量的la2o3：使得灰口铸铁激光熔覆层的微观组织更为细小致密，雪片状组织减少，虽然稀土氧化物的添加并未改变熔覆层的基本成分和物相，但是对组织起到明显改善作用，同时增加硬度。
23、本专利技术提供的灰口铸铁激光熔覆合金粉体材料中含有适量的cu元素，可以有效提升合金的表面摩擦性能以及在还原性介质环境中的耐腐蚀性能。
24、本专利技术的制备方法中采用超声振动的作用方式相当于额外添加了物理场，其特点是绿色无污染、应用便利和使用范围广。将超声振动与激光熔覆技术相结合，晶本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种灰口铸铁激光熔覆粉体材料，包含以下重量百分比的金属材料：Ti
2.如权利要求1所述的粉体材料，包含以下重量百分比的金属材料Ti 35％、La2O30.45％、Cu 0.55％，余量为Ni。
3.一种灰口铸铁激光熔覆层的制备方法，包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的制备方法，步骤1)中，激光束功率通量为54J/mm2，准直度为12mm，波长1064nm，光斑尺寸5mm×5mm，激光功率为2～3kW，扫描速度为5mms-1～20mms-1，扫描速度优选为10mms-1～12mms-1。
5.如权利要求3所述的制备方法，步骤2)中，送粉管道与激光束同轴送粉，送粉速度为14～15g/min，激光功率1.6～2.2kW，激光功率优选为1.9～2.0kW，所述扫描速度为4mms-1。
6.如权利要求3所述的制备方法，步骤2)中，所述单包层轨道熔覆层，轨道熔覆层呈直线排列，俩轨道间基本上为无缝衍接。
7.如权利要求3所述的制备方法，步骤2)中，在激光熔覆过程中同步开启超声波振动，频率为20～22kHz，施加角度为
8.如权利要求3所述的制备方法，步骤2)-4)中，进一步包括采用氩气对熔化池进行屏蔽以防止氧化，氩气压力约为0.1MPa。
9.如权利要求3所述的制备方法，步骤3)中，重熔激光功率设置为1.3～1.5kW，激光扫描速度为12～15mm/s，优选为14mm/s。
10.权利要求1或2的灰口铸铁激光熔覆的粉体材料用于修复灰口铸铁磨损表面或用于制造灰口铸铁表面熔覆层的用途。
...【技术特征摘要】
1.一种灰口铸铁激光熔覆粉体材料，包含以下重量百分比的金属材料：ti
2.如权利要求1所述的粉体材料，包含以下重量百分比的金属材料ti 35％、la2o30.45％、cu 0.55％，余量为ni。
3.一种灰口铸铁激光熔覆层的制备方法，包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的制备方法，步骤1)中，激光束功率通量为54j/mm2，准直度为12mm，波长1064nm，光斑尺寸5mm×5mm，激光功率为2～3kw，扫描速度为5mms-1～20mms-1，扫描速度优选为10mms-1～12mms-1。
5.如权利要求3所述的制备方法，步骤2)中，送粉管道与激光束同轴送粉，送粉速度为14～15g/min，激光功率1.6～2.2kw，激光功率优选为1.9～2.0kw，所述扫描速度为4mms-1...
【专利技术属性】
技术研发人员：周先飞，陈彦利，谢新宇，胡淑尹，雷鑫，
申请(专利权)人：四川增隆新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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