一种高碳化物含量的金属间化合物合金粉末及其应用的制作方法

本发明涉及激光加工材料，尤其涉及一种高碳化物含量的金属间化合物合金粉末及其应用。

背景技术：

1、金属间化合物兼备金属材料的导热性和陶瓷材料的高硬度、高熔点以及优异耐磨性等优点，以上优点使其备受关注。在众多的金属间化合物中，ni3al因其优异的力学及高温性能而被广泛应用。ni3al金属间化合物因其低密度、高熔点、高温抗氧化性及高温耐磨性良好等诸多优异的特点而成为最受关注的高温结构材料之一。然而，随着工业的不断发展，当作为高温耐磨材料时，单纯的ni3al合金已经无法满足现代工业的发展需求。研究表明，在ni3al中添加陶瓷强化相可以对ni3al基金属陶瓷的力学性能有显著提升，其中，较为常用的陶瓷相是与之具有较好润湿效果的碳化铬颗粒。

2、现有的专利文献中公开了有碳化物增强ni3al基合金粉末及其激光熔覆方法，但是现有的方案中，熔覆层平均硬度550hv～610hv，较低的硬度远不能适用于大载荷冲击、高温耐磨等环境的应用需求(例如：矿山机械、冶金、柴油发动机等领域关键部件)。因此，如何提高ni3al基合金熔覆层硬度和耐磨性能，已成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、鉴于以上分析，本发明旨在提供一种高碳化物含量的金属间化合物合金粉末及其应用，用以解决现有的以下问题的至少之一：(1)提高合金粉末及熔覆层的硬度和耐磨性能；(2)抑制激光熔覆过程中熔覆缺陷的形成。

2、本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

3、本发明提供了一种高碳化物含量的金属间化合物合金粉末，高碳化物含量的金属间化合物合金粉末以质量百分比计，化学成分为：al

4、5.0％～5.8％，c 4.1％～4.6％，cr 44.0％～46.0％，b 0.02％～0.04％，o≤200ppm，n≤50ppm，h≤10ppm，余量为ni。

5、进一步的，高碳化物含量的金属间化合物合金粉末的微观组织包括ni3al相、γ-ni相和碳化物，碳化物结构主要包括cr7c3，碳化物的质量含量为45％～50％。

6、进一步的，高碳化物含量的金属间化合物合金粉末中的镍当量和铝当量的原子数比为3.2～3.7。

7、进一步的，高碳化物含量的金属间化合物合金粉末以质量百分比计，化学成分为：al 5.3％～5.7％，c 4.2％～4.6％，cr 44.5％～46.0％，b0.02％～0.038％，o≤190ppm，n≤45ppm，h≤7ppm，余量为ni。

8、本发明还提供了一种高碳化物含量的熔覆层，熔覆层采用上述高碳化物含量的金属间化合物合金粉末制备。

9、本发明还提供了一种上述高碳化物含量的熔覆层的制备方法，包括以下步骤：

10、步骤1：采用同轴送粉方式将高碳化物含量的金属间化合物合金粉末输送至钢铁材料表面；

11、步骤2：利用激光熔覆方法将高碳化物含量的金属间化合物合金粉末熔覆在钢铁材料表面，形成熔覆层。

12、进一步的，步骤1中，控制同轴送粉量为10g/min～20g/min。

13、进一步的，步骤2中，控制激光熔覆的功率为1800w～2600w，扫描速度0.13m/min～0.30m/min。

14、进一步的，熔覆层的平均硬度为800hv～1000hv，磨损率

15、≤0.6×10-5mm3/(n·m)。

16、本发明还提供了一种高碳化物含量的金属间化合物合金粉末的应用，将上述高碳化物含量的金属间化合物合金粉末用于重载柴油机的钢铁或镍基合金部件的表面改性。

17、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

18、1)本发明的高碳化物含量的金属间化合物合金粉末中cr7c3强化相的含量较高，采用本发明的合金粉末制备的熔覆层具备高硬度和良好耐磨性能。

19、2)本发明的高碳化物含量的金属间化合物合金粉末中高镍、铝当量原子比降低了熔覆层的裂纹倾向，在零部件表面制备的ni3al基合金熔覆层组织结构致密，与基体的结合强度高，耐磨性能好，能够满足大载荷冲击、高温耐磨等应用环境的关键部件表面性能需求。

20、3)本发明的高碳化物含量的金属间化合物合金粉末中，碳化物cr7c3充分熔化，以原位自生方式分布在ni3al基合金粉末中，能够提高cr7c3在合金粉末中的分布均匀性；本发明的激光熔覆方法中，通过精确控制激光熔覆的功率和扫描速度，保证在采用激光熔覆技术制备熔覆层时，cr7c3熔化后再次原位形成，能够减小cr7c3尺寸，使cr7c3在熔覆层中分布更均匀。

21、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种高碳化物含量的金属间化合物合金粉末，其特征在于，所述高碳化物含量的金属间化合物合金粉末以质量百分比计，化学成分为：al 5.0％～5.8％，c 4.1％～4.6％，cr44.0％～46.0％，b 0.02％～0.04％，o≤200ppm，n≤50ppm，h≤10ppm，余量为ni。

2.根据权利要求1所述的高碳化物含量的金属间化合物合金粉末，其特征在于，所述高碳化物含量的金属间化合物合金粉末的微观组织包括ni3al相、γ-ni相和碳化物，碳化物结构主要包括cr7c3，碳化物的质量含量为45％～50％。

3.根据权利要求1所述的高碳化物含量的金属间化合物合金粉末，其特征在于，所述高碳化物含量的金属间化合物合金粉末中的镍当量和铝当量的原子数比为3.2～3.7。

4.根据权利要求1所述的高碳化物含量的金属间化合物合金粉末，其特征在于，所述高碳化物含量的金属间化合物合金粉末以质量百分比计，化学成分为：al 5.3％～5.7％，c4.2％～4.6％，cr 44.5％～46.0％，b0.02％～0.038％，o≤190ppm，n≤45ppm，h≤7ppm，余量为ni。

5.一种高碳化物含量的熔覆层，其特征在于，所述熔覆层采用权利要求1至4任一项所述的高碳化物含量的金属间化合物合金粉末制备。

6.一种权利要求5所述的高碳化物含量的熔覆层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，控制同轴送粉量为10g/min～20g/min。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，控制激光熔覆的功率为1800w～2600w，扫描速度0.13m/min～0.30m/min。

9.根据权利要求6至8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述熔覆层的平均硬度为800hv～1000hv，磨损率≤0.6×10-5mm3/(n·m)。

10.一种高碳化物含量的金属间化合物合金粉末的应用，其特征在于，将权利要求1至4任一项所述的高碳化物含量的金属间化合物合金粉末用于重载柴油机的钢铁或镍基合金部件的表面改性。

技术总结
本发明涉及一种高碳化物含量的金属间化合物合金粉末及其应用，属于激光加工材料技术领域。高碳化物含量的金属间化合物合金粉末以质量百分比计，化学成分为：Al 5.0％～5.8％，C 4.1％～4.6％，Cr44.0％～46.0％，B 0.02％～0.04％，O≤200ppm，N≤50ppm，H≤10ppm，余量为Ni。本发明的高碳化物含量的金属间化合物合金粉末制备的熔覆层无裂纹，硬度高，耐磨性好，能够满足重载柴油机关键部件表面性能的需求。

技术研发人员：赵琳,彭云,韩伟,阚成玲,马成勇,田志凌,朱彦洁,蔡逸辉
受保护的技术使用者：钢铁研究总院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14