【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料表面改性，尤其涉及一种交变磁场辅助抑制wc硬质相沉积的激光熔覆工艺方法。
技术介绍
1、随着全球产业竞争日益激烈和科技的飞速发展，各行各业对高性能材料的需求愈发强烈。尤其在钢铁冶金、机械、汽车制造等领域，材料性能的优化已成为当务之急。这些行业的产品零部件常需要在极端环境条件下运行，如高温、高压、高速或高摩擦等，极易造成零部件失效，引发重大安全事故。因此，运用先进的表面强化技术提升材料的使用寿命和性能，成为当前国内外研究的热点。
2、激光熔覆是一种先进的表面改性技术，具有重要的工业应用价值。该技术利用高能激光束照射基体和粉末，形成冶金结合的熔覆层。随着激光熔覆技术的发展，ni基wc复合材料因其优异的抗磨损性而成为重要的熔覆材料。wc颗粒具有极高的硬度和抗磨性，ni基材料具有良好的塑性和抗腐蚀性。实践表明，将ni基wc颗粒熔覆到金属表面，可有效提升材料的性能。
3、然而，采用传统激光熔覆工艺时如何实现wc硬质相的均匀分布仍是一个技术挑战。在激光熔覆ni基wc过程中，wc的熔点高，不易融化，未融化的wc陶瓷颗粒由于密度大，在ni基合金液相中受重力作用流动并下落至熔池底部，形成“沉积”现象。wc颗粒的沉积会导致涂层不均匀，无法充分发挥其耐磨作用，从而降低涂层的耐磨性能；不均匀的沉积还会导致涂层与基材之间的结合力减弱，增加涂层剥落的风险，对整体涂层的性能、质量、工艺稳定性和熔覆效率都产生了负面影响。为此，使用物理场调控激光熔覆过程成为重要的研究方向。能量场可产生附加的驱动力，改变熔池流动状态，
4、公开号为cn117758260a的中国专利申请公开了“一种提升激光熔覆nicrsibc-wc复合涂层表面质量与性能的方法”，用于解决单独激光熔覆制备的涂层易产生裂纹的问题。包括以下步骤：s1、基体材料的预处理；s2、激光熔覆粉末的配制；s3、激光熔覆处理；s4、温度场辅助处理；s5、激光重熔复合温度场辅助处理。其摆脱了wc材料添加量对涂层性能的限制，可得到低wc质量分数的高硬度无裂纹nicrsibc-wc复合涂层。通过改善nicrsibc-wc涂层的结构致密性，提高了涂层的表面硬度和结合力。但是该技术方案存在局限性，即无法制备高wc质量分数的高硬度无裂纹nicrsibc-wc复合涂层。
5、公开号为cn116555758a的中国专利申请公开了“一种金属陶瓷梯度涂层及其制备方法与应用”。金属陶瓷梯度涂层包括依次激光熔覆于铜基板表面的第一梯度层和第二梯度层；第一梯度层的原料组分，按重量百分比计包括：ni60(65～80wt％)、wc(0～15wt％)、cu(8～12wt％)和ni(8～12wt％)；第二梯度层的原料组分，按重量百分比计包括：ni60(80～90wt％)、wc(10～20wt％)。该技术方案通过对各梯度层的原料组分进行优选并合理复配，使不同涂层间呈梯度连续过渡变化，消除了组织性能突变，使其具有良好的冶金结合，减少残余应力和热应力，从而有效抑制了涂层中裂纹和气孔的产生，提高了涂层的硬度和耐磨性。但是该制备方法操作过程复杂，且wc添加量较小，无法满足某些零部件对耐磨及耐蚀性的要求，并且无法从根本上抑制wc的沉降现象。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种交变磁场辅助抑制wc硬质相沉积的激光熔覆工艺方法，在激光熔覆过程中引入交变磁场，优化涂层的晶粒结构，控制wc颗粒在熔池中的分布和定向生长，改善wc陶瓷颗粒的沉降现象，增强熔覆层的硬度和耐磨性，提升熔覆层的整体质量；对于提高工业部件的耐磨性能、延长其使用寿命具有重要的应用价值和实际意义。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
3、一种交变磁场辅助抑制wc硬质相沉积的激光熔覆工艺方法，包括如下步骤：
4、1)制备ni基wc混合粉末；ni基wc混合粉末中含35wt％～40wt％的ni基自溶性合金粉末，其余为wc粉末；将两种粉末进行球磨，球磨后干燥；
5、2)激光熔覆之前，对基体表面进行打磨、去除表面氧化层及清洗；
6、3)激光熔覆时使用辅助磁场装置与激光熔覆系统配合；辅助磁场装置包括熔覆平台、2个交变磁场发生器及熔覆平台位置调节装置；2个交变磁场发生器设于熔覆平台两侧，两者间距能够调节；熔覆平台位置调节装置用于调节熔覆平台的位置；将基体置于熔覆平台上，调节2个交变磁场发生器的间距，保证熔覆时激光熔覆头位于磁场中心位置，设置输入电流、输入电压及频率，产生交变磁场；
7、4)采用激光熔覆方法在基体表面熔覆ni基wc混合粉末，在基体表面形成ni基wc陶瓷颗粒合金硬质涂层。
8、进一步的，所述步骤1)中，ni基自溶性合金粉末的成分按照质量百分比计为c:0.58％～0.61％；si:4.26％～4.31％；mn:0.18％～0.2％；cu:5.27％～5.32％；cr:16.4％～16.5％；b:3.19％～3.22％；fe:10.6％～10.62％；余量为ni；wc粉末的成分按照质量百分比计为w:94％～95％，余量为c。
9、进一步的，所述步骤1)中，ni基wc混合粉末及wc粉末的粒径均为100～300μm。
10、进一步的，所述步骤1)中，球磨的过程是将两种粉末置于球磨机中，设定倾角为65°～80°，在300rpm的转速下混合10～15h，球磨后ni基wc混合粉末的粒径为50～150μm。
11、进一步的，所述步骤2)中，采用角磨机配合150#～300#砂纸对基体表面进行打磨，然后通过酸洗去除基体表面的氧化层，最后用溶剂清洗基体表面。
12、进一步的，所述步骤3)中，辅助磁场装置由2个交变磁场发生器、熔覆平台、熔覆平台位置调节装置、滑动平台、底板、支撑柱及电控系统；2个交变磁场发生器设于熔覆平台两侧的滑动平台上，滑动平台的顶部沿2个交变磁场发生器的连线方向开设滑槽，交变磁场发生器能够沿滑槽滑动；熔覆平台位置调节装置采用xz轴二维微调滑台，用于调节溶覆平台沿高向及垂直于2个交变磁场发生器连线方向的位置；xz轴二维微调滑台设于底板上，底板与滑动平台之间设支撑柱；2个交变磁场发生器及xz轴二维微调滑台的控制端分别连接电控系统。
13、进一步的，所述交变磁场发生器包括铁芯及绕组，铁芯的外围分别缠绕线圈形成绕组；2个交变磁场发生器的极间间隙在50mm～150mm范围内能够调节。
14、进一步的，所述步骤3)中，设置输入电流为10～15a，输入电压为150～250v，频率为40～50hz，所产生交变磁场的磁场强度在60mt以内。
15、进一步的，所述步骤4)中，激光熔覆的工艺参数为：激光功率2000～3000w，光斑半径1～5mm，扫描速度5～15mm/s，送粉速率5～8g/min；激光熔覆头与基体之间的距离为10～20mm。
16、进一步的，所制备ni基wc陶瓷颗粒合金硬质涂层的厚度为0.8本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种交变磁场辅助抑制WC硬质相沉积的激光熔覆工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种交变磁场辅助抑制WC硬质相沉积的激光熔覆工艺方法，其特征在于，所述步骤1)中，Ni基自溶性合金粉末的成分按照质量百分比计为C:0.58％～0.61％；Si:4.26％～4.31％；Mn:0.18％～0.2％；Cu:5.27％～5.32％；Cr:16.4％～16.5％；B:3.19％～3.22％；Fe:10.6％～10.62％；余量为Ni；WC粉末的成分按照质量百分比计为W:94％～95％，余量为C。
3.根据权利要求1所述的一种交变磁场辅助抑制WC硬质相沉积的激光熔覆工艺方法，其特征在于，所述步骤1)中，Ni基WC混合粉末及WC粉末的粒径均为100～300μm。
4.根据权利要求1所述的一种交变磁场辅助抑制WC硬质相沉积的激光熔覆工艺方法，其特征在于，所述步骤1)中，球磨的过程是将两种粉末置于球磨机中，设定倾角为65°～80°，在300rpm的转速下混合10～15h，球磨后Ni基WC混合粉末的粒径为50～150μm。
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6.根据权利要求1所述的一种交变磁场辅助抑制WC硬质相沉积的激光熔覆工艺方法，其特征在于，所述步骤3)中，辅助磁场装置由2个交变磁场发生器、熔覆平台、熔覆平台位置调节装置、滑动平台、底板、支撑柱及电控系统；2个交变磁场发生器设于熔覆平台两侧的滑动平台上，滑动平台的顶部沿2个交变磁场发生器的连线方向开设滑槽，交变磁场发生器能够沿滑槽滑动；熔覆平台位置调节装置采用XZ轴二维微调滑台，用于调节溶覆平台沿高向及垂直于2个交变磁场发生器连线方向的位置；XZ轴二维微调滑台设于底板上，底板与滑动平台之间设支撑柱；2个交变磁场发生器及XZ轴二维微调滑台的控制端分别连接电控系统。
7.根据权利要求6所述的一种交变磁场辅助抑制WC硬质相沉积的激光熔覆工艺方法，其特征在于，所述交变磁场发生器包括铁芯及绕组，铁芯的外围分别缠绕线圈形成绕组；2个交变磁场发生器的极间间隙在50mm～150mm范围内能够调节。
8.根据权利要求1所述的一种交变磁场辅助抑制WC硬质相沉积的激光熔覆工艺方法，其特征在于，所述步骤3)中，设置输入电流为10～15A，输入电压为150～250V，频率为40～50Hz，所产生交变磁场的磁场强度在60mT以内。
9.根据权利要求1所述的一种交变磁场辅助抑制WC硬质相沉积的激光熔覆工艺方法，其特征在于，所述步骤4)中，激光熔覆的工艺参数为：激光功率2000～3000W，光斑半径1～5mm，扫描速度5～15mm/s，送粉速率5～8g/min；激光熔覆头与基体之间的距离为10～20mm。
10.根据权利要求1所述的一种交变磁场辅助抑制WC硬质相沉积的激光熔覆工艺方法，其特征在于，所制备Ni基WC陶瓷颗粒合金硬质涂层的厚度为0.8～1.5mm。
...【技术特征摘要】
1.一种交变磁场辅助抑制wc硬质相沉积的激光熔覆工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种交变磁场辅助抑制wc硬质相沉积的激光熔覆工艺方法，其特征在于，所述步骤1)中，ni基自溶性合金粉末的成分按照质量百分比计为c:0.58％～0.61％；si:4.26％～4.31％；mn:0.18％～0.2％；cu:5.27％～5.32％；cr:16.4％～16.5％；b:3.19％～3.22％；fe:10.6％～10.62％；余量为ni；wc粉末的成分按照质量百分比计为w:94％～95％，余量为c。
3.根据权利要求1所述的一种交变磁场辅助抑制wc硬质相沉积的激光熔覆工艺方法，其特征在于，所述步骤1)中，ni基wc混合粉末及wc粉末的粒径均为100～300μm。
4.根据权利要求1所述的一种交变磁场辅助抑制wc硬质相沉积的激光熔覆工艺方法，其特征在于，所述步骤1)中，球磨的过程是将两种粉末置于球磨机中，设定倾角为65°～80°，在300rpm的转速下混合10～15h，球磨后ni基wc混合粉末的粒径为50～150μm。
5.根据权利要求1所述的一种交变磁场辅助抑制wc硬质相沉积的激光熔覆工艺方法，其特征在于，所述步骤2)中，采用角磨机配合150#～300#砂纸对基体表面进行打磨，然后通过酸洗去除基体表面的氧化层，最后用溶剂清洗基体表面。
6.根据权利要求1所述的一种交变磁场辅助抑制wc硬质相沉积的激光熔覆工艺方法，其特征在于，所述步骤3)中，辅助磁场装置由2个交变磁场发生器...
【专利技术属性】
技术研发人员：李昌，冯磊，孙韩，李思语，王璇，韩兴，
申请(专利权)人：辽宁科技大学，
类型：发明
国别省市：
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