专利名称：一种含有球形碳化钨复合涂层的激光熔覆方法
技术领域：
本发明涉及一种在金属表面激光熔覆的方法，特别一种在粉末中加入球形铸造碳 化钨颗粒的激光熔覆方法。
背景技术：
磨损是机械零件失效的主要形式(磨损、腐蚀和疲劳)之一。根据不完全统计，能 源的1/3 1/2消耗于摩擦与磨损，对材料来说，约80%的零件失效是磨损引起的。硬面材料作为表面工程材料，通过采用激光、火焰、等离子等方法，将硬面材料熔 覆在工件表面，能显著提高工件的抗磨损、抗腐蚀和抗氧化性能，延长工件使用寿命。激光 能量密度高、功率可控性好、快速加热和冷却等特点，使得激光表面改性或熔覆具有独特的 精密性和局部加热作用，从而被看作是工件表面层处理的理想手段。为了提高表面的耐磨性能，常采用加入碳化钨耐磨相。常用的碳化钨颗粒往往是 破碎型的细小颗粒，颗粒形貌极不规则，当激光熔覆此类材料时，由于碳化钨颗粒分解，导 致熔敷层韧性差、容易开裂、并形成裂纹，不能有效提高耐磨性。中国专利92108749. 7提出了粗颗粒碳化钨金属陶瓷激光熔覆的方法，它是将粒 度为0. 5 1. 2mm的烧结碳化钨颗粒作为硬质相，Ni基、Fe基或Co基自熔合金作为粘结 相，其中碳化钨含量不少于50%，利用大功率CO2激光器作为热源。粗颗粒碳化钨与自熔合 金混合后，用有机粘结剂预置于工件表面，或先压制成各种规格尺寸的薄片预置于工件表 面或直接作成实体焊条。中国专利200710069010. 0提出了在金属表面上利用激光熔覆高硬度碳化钨涂层 的方法，它是将介孔结构空心球状碳化钨粉末与碳素墨水吸光剂均勻混合，预置于金属基 体表面，用适合的激光工艺参数进行激光熔覆到达表面硬化的效果。该法要求碳化钨粉末 粒度为0.1 20 μ m，碳化钨粉末与吸光剂按照5 30 1的比例混合，预置涂层厚度为 0. 2 0. 8mm,需要气体保护。上述专利激光熔覆方法可以在金属表面获得碳化钨金属陶瓷耐磨层，但是在熔覆 过程中，由于材料的加热与冷却都非常迅速，粘结剂或者碳素墨水很容易残留在熔覆层，使 得熔覆层易出现气孔，甚至裂纹，直接影响到熔覆层的质量和应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用球形铸造碳化钨颗粒进行激光熔覆的方法，碳化 钨复合涂层的球形形貌没有改变，熔覆层耐磨性好，无裂纹、气孔等缺陷，生产工序简单，效 率高。本发明采用的技术方案步骤如下①将待熔覆金属用丙酮擦拭除油后，喷砂粗 化，粗糙度控制在Ra2 4μ m ；②在金属表面上均勻预置厚度为0. 5 2. Omm的粒度都为 +50 -150 μ m的球形碳化钨含量5 50%和铁或镍基自熔合金含量50 95%的球形碳 化钨复合粉末；③用CO2激光器功率为2000 7000W，激光束宽度为1 10mm，激光熔覆速度为100 lOOOmm/min，搭接率为20 50%，进行激光熔覆。上述铁基自熔合金为市售的Fe30、Fe50、Fe55等牌号；镍基自熔合金为市售Ni25、 Ni35、Ni45、Ni55 等牌号。由金相图1、2、3、4可以看出添加球形铸造碳化钨颗粒后，熔覆层与基体为冶金结合，熔覆层无气孔、无裂纹等缺陷，碳化钨颗粒仍保持球形状态，熔覆层组织为细小柱状 枝晶组织。本发明还通过对比试验检验添加球形铸造碳化钨颗粒的熔覆层与未添加碳化钨 颗粒的熔覆层的耐磨性情况，由表1硬度与摩擦磨损试验结果表明球形碳化钨的添加，对 铁基自熔合金熔覆层硬度变化不大，但是球形碳化钨复合涂层耐磨性能却有很大的提高， 其中铁基+10%球形碳化钨熔覆层比铁基熔覆层提高了 0. 9倍，铁基+25%球形碳化钨熔覆 层比铁基熔覆层提高了 1. 1倍，镍基+30%球形碳化钨熔覆层比镍基熔覆层提高了 1. 9倍， 镍基+30%球形碳化钨熔覆层比镍基熔覆层提高了 2. 3倍。本发明不使用有机粘结剂或者碳素墨水吸光剂等辅助材料，按照应用要求直接将 球形铸造碳化钨颗粒添加到自熔合金，然后充分混合，工艺可行性好，可控性灵活。本发明所使用的球形铸造碳化钨的化学性能稳定，流动性能好，内部组织为细等 轴树枝状，结构均勻致密，比常规铸造碳化钨具有更好的韧性。采用激光熔覆的工艺将含有 球形碳化钨的铁基或镍基粉末制成熔覆层的方法能够减少碳化钨颗粒的分解，因此能最大 限度保证碳化钨颗粒的耐磨性能和防止碳化钨颗粒的过度熔解而导致的涂层开裂。
图1为实施例1的激光熔覆铁基自熔合金+10%碳化钨的金相图；图2为实施例2的激光熔覆铁基自熔合金+25%碳化钨的金相图；图3为实施例3的激光熔覆镍基自熔合金+30%碳化钨的金相图；图4为实施例4的激光熔覆镍基自熔合金+50%碳化钨的金相图；图5为实施例5的激光熔覆铁基自熔合金的金相图；图6为实施例6的激光熔覆镍基自熔合金的金相图。
具体实施例方式将45#钢板(50 X 50 X IOmm)用丙酮擦拭除油后，喷砂粗化，粗糙度控制在Ra2 4 μ m。将粒度范围+50 -150 μ m的球形碳化钨粉末和铁基或镍基自熔合金粉末均勻混合； 然后在金属表面均勻预置厚度为2mm混合粉末；调整C02激光参数，进行激光熔覆；最后用 数控平面磨床将熔覆层加工成光滑表面。实施例15. Og球形碳化钨粉末和45. Og Fe55铁基自熔合金粉末。C02激光器功率为3300W，激光束宽度为3. Omm,激光熔覆速度为600mm/min，搭接 率为25%实施例212. 5g球形碳化钨粉末和37. 5g Fe55铁基自熔合金粉末。C02激光器功率为4800W，激光束宽度为8. 5mm,激光熔覆速度为800mm/min，搭接 率为30%。
实施例315. Og球形碳化钨粉末和35. Og Ni35镍基自熔合金粉末。CO2激光器功率为5000W，激光束宽度为8. 5mm,激光熔覆速度为400mm/min，搭接 率为30%。实施例4
25. Og球形碳化钨粉末和25. Og Ni35镍基自熔合金粉末。CO2激光器功率为6000W，激光束宽度为8. 5mm,激光熔覆速度为500mm/min，搭接 率为30%。实施例550. 0gFe55铁基自熔合金粉末。CO2激光功率为3800W，激光束宽度为8. 5mm,激光熔覆速度为600mm/min，搭接率 为 25%。实施例650.0gNi35镍基自熔合金粉末。CO2激光功率为4500W，激光束宽度为8. 5mm,激光熔覆速度为400mm/min，搭接率 为 30%。摩擦磨损试验结果见表1。表1摩擦磨损试验结果
实施例 组成 硬度(HRC)磨损失重(mg)
1Fe5 5+10%WC 63.7__28.8
2Fe55+25%WC 63.3__25Λ_3 Ni35+30%WC 49.6__14.4
4Ni35+50%WC 46.8__12.5
5__Fe55__64/7__54.9
6Ni3539.1 丨41.9 —摩擦磨损试验条件载荷30N ；磨损长度64m。
权利要求
一种含有球形碳化钨复合涂层的激光熔覆方法，其特征是步骤如下①将待熔覆金属用丙酮擦拭除油后，喷砂粗化，粗糙度控制在Ra2～4μm；②在金属表面上均匀预置厚度为0.5～2.0mm的粒度都为+50～-150μm的球形碳化钨含量5～50％和铁或镍基自熔合金含量50～95％的球形碳化钨复合粉末；③用CO2激光器功率为2000～7000W，激光束宽度为1～10mm，激光熔覆速度为100～1000mm/min，搭接率为20～50％，进行激光熔覆。
全文摘要
一种含有球形碳化钨复合涂层的激光熔覆方法。其特征是步骤如下将待熔覆金属用丙酮擦拭除油后，喷砂粗化；在金属表面上均匀预置厚度为0.5～2.0mm的球形碳化钨含量5～50％和铁或镍基自熔合金含量50～95％的复合粉末；用CO2激光器进行激光熔覆。本发明的激光熔覆的方法，碳化钨复合涂层的球形形貌没有改变，熔覆层耐磨性好，无裂纹、气孔等缺陷，生产工序简单，效率高。适用于金属表面处理。
文档编号C23C24/10GK101818343SQ201010157959
公开日2010年9月1日 申请日期2010年4月21日 优先权日2010年4月21日
发明者佟鑫, 李福海, 陈兴驰, 马文有, 黄科 申请人:广州有色金属研究院