[发明专利]梯度功能的Ni基纳米WC/Co复合涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光表面处理，特别是一种利用激光多层熔覆技术在铁基材料表面制备具有梯度功能的Ni基纳米WC/Co复合涂层的方法。

背景技术

铁基材料是应用最为广泛的结构材料，随着现代工业的高速发展，对铁基材料的要求也越来越高，许多场合亟需高温、高速、磨蚀、氧化等苛刻条件下工作的结构件，而现有铁基材料越来越难以满足实际的需要，因此，研制和开发性能优异，价格低廉的铁基复合材料便显得十分迫切和重要。

在先进制造业中，材料的失效通常是从表面开始的，许多性能的要求也是针对表面而言的，通常只需对材料进行表面改性强化，即可达到所需性能的要求。铁基复合材料通常是作为耐磨、耐热、耐蚀材料开发应用的，考虑到整体复合成本较高，因此，开展对铁基表面复合材料的研究就极具工程意义和实用价值。

涂层技术是制备铁基表面复合材料的重要途径。传统的涂层技术有PVD、CVD、表面化学热处理、热喷涂、电镀、化学镀等，但这些方法都存在工艺复杂，生产周期长、成本高或设备要求高等缺点。

激光熔覆是一种新型的涂覆层技术，涉及到光、机、电、材料、检测与控制等多门学科，是激光表面改性技术最重要的核心技术之一。由于该技术制备的熔覆层可以显著改善基体表面的耐磨、耐蚀、抗高温氧化和抗疲劳等综合性能，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多等优点。目前激光熔覆的主要应用是提高材料的耐磨性和耐腐蚀性，即在材料表面熔覆一层具有特殊性能的合金层，以改变母材表面性能。激光多层熔覆是指在单层熔覆层上预涂覆合金粉末后或直接送粉，再重复一次或多次熔覆的工艺过程，由于激光单层熔覆对于确定的激光工艺参数只能达到一定的极限厚度。这样做的目的是通过多次熔覆来增加熔覆层的厚度、快速零件制造或制备梯度功能新材料。

纵观自然界生体千百万年来为适应生存的环境而逐渐进化形成最适应环境变化的梯度组织，这是一种高度进化的结构形式，可以说当今开发梯度功能材料正是受到生体材料的启发，有人称梯度材料是材料开发的一种最终形态。

从材料的结构角度来看，梯度功能材料与均一材料、复合材料不同。它是选用两种(或多种)性能不同的材料，通过连续地改变这两种(或多种)材料的组成和结构，使其界面消失导致材料的性能随着材料的组成和结构的变化而缓慢变化，形成梯度功能材料。

梯度功能复合涂层具有梯度功能材料与复合材料的双重优点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有激光单层熔覆技术的不足，提供一种具有梯度功能的Ni基纳米WC/Co复合涂层的制备方法，以使工件获得极佳的耐磨损和抗断裂性能，具有梯度功能材料与复合材料的双重优点。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种用于铁基材料表面制备具有梯度功能的Ni基纳米WC/Co复合涂层的方法，特点在于该方法包括下列步骤：

①对铁基材料即工件的表面进行预处理：

对铁基材料表面用砂纸进行打磨，然后采用丙酮进行浸泡清洗，烘干，以去除基材表面的氧化膜和油污；

②混合粉末配制：

根据复合涂层的设计配制相应的第一层混合粉末、第二层混合粉末、第三层混合粉末、第四层混合粉末；

③涂层制备：

用吸光涂料(成分和制备方法详见发明专利，专利号：ZL02136862.7)作为粘结剂，先将第一层混合粉末黏结在工件表面上，厚度为0.5mm，然后将试样放在烘箱中，烘干备用；

④激光熔覆：

采用高功率激光数控机床对工件进行激光熔覆，将制备好的工件置于高功率激光数控机床的工作台上，在常温常压下，高功率激光数控机床输出激光功率密度为3.2×10⁵W/cm²～4×10⁵W/cm²的光束对工件进行辐照熔覆，激光辐照时间为0.2～0.35秒，熔覆后室温下自然冷却；

⑤多层熔覆：

逐渐改变Ni基粉末中纳米WC/Co的质量分数，重复步骤③、④进行多层熔覆。

所述的多层熔覆包括两层、三层或四层熔覆。