[发明专利]一种WC-NiSiB激光熔覆材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于激光熔覆金属陶瓷复合材料领域，是一种改善镍基碳化钨激光熔覆涂层材料的工艺和方法，尤其涉及一种激光熔覆金属陶瓷粉末及其制备工艺。

背景技术

磨损是金属机械零件失效的3大方式(磨损、腐蚀、断裂)之一。据统计，，现代工业迫切需要能在恶劣磨损工况(如高温、高速摩擦磨损等)下有效工作的工件。

随着科学技术和现代工业的高速发展，机械设备的运转速度越来越高，受摩擦的零件被磨损的速度也越来越快，其使用寿命越来越成为影响现代设备(特别是高速运转的自动生产线)生产效率的重要因素。尽管材料磨损很少引起金属工件灾难性的危害，但其所造成的能源和材料消耗是十分惊人的。据统计，由磨损造成的损失约占能源消耗的1/3至1/2，材料报废的80％。这一类工况广泛存在于冶金、建材、矿山、机械加工等许多行业中，世界工业化发达的国家约30％的能源是以不同形式消耗在磨损上的。如在美国，每年由于摩擦磨损和腐蚀造成的损失约1000亿美元，占国民经济总收入的4％。而我国仅在冶金、矿山、电力、煤炭和农机部门，据不完全统计，每年由于工件磨损而造成的经济损失约400亿元人民币。因此，研究和发展耐磨材料，以减少金属磨损，对国民经济的发展有着重要的意义。

激光熔覆技术是一项新兴的零件加工于表面改型技术。具有较低稀释率、热影响区小、与基面形成冶金结合、熔覆件扭曲变形比较小、过程易于实现自动化等优点。激光熔覆技术应用到表面处理上，可以极大提高零件表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀、耐疲劳等机械性能，可以极大提高材料的使用寿命。同时，还可以用于废品件的处理，大量节约加工成本，对环境的污染小。激光熔覆应用到快速制造金属零件，所需设备少，可以减少工件制造工序，节约成本，提高零件质量，广泛应用于航空、军事、石油、化工、医疗器械等各个方面。同其他表面强化技术相比，它具有以下特点：冷却速度快；热输入和畸变较小，涂层稀释率低(一般小于5％)，与基体呈冶金结合；能进行选区熔覆，材料消耗少，具有卓越的性能价格比；光束瞄准可以使难以接近的区域熔覆等。按熔覆材料的初始供应状态，熔覆材料可分为粉末状、膏状、丝状、棒状和薄板状，其中应用最广泛的是粉末状材料。激光熔覆粉末材料主要分为金属粉末、陶瓷粉末、复合粉末等。其中，自熔性合金粉末的研究和应用最多。自熔性合金粉末是指加入具有强烈脱氧和自熔作用的Si、B等元素的合金粉末。主要包括镍基合金、铁基合金、钴基合金等。Co基自熔性合金粉末具有良好的高温性能和耐蚀耐磨性能，常被应用于石化、电力、冶金等工业领域的耐磨耐蚀耐高温等场合。Fe基自熔性合金粉末适用于要求局部耐磨且容易变形的零件，基体多为铸铁和低碳钢，其最大优点是成本低且抗磨性能好。但是，与Ni基、Co基自熔性合金粉末相比，Fe基自熔性合金粉末存在自熔性较差、熔覆层易开裂、易氧化、易产生气孔等缺点。在Fe基自熔性合金粉末的成分设计上，通常采用B、Si及Cr等元素来提高熔覆层的硬度与耐磨性，用Ni元素来提高熔覆层的抗开裂能力。Ni基自熔性合金粉末以其良好的润湿性、耐蚀性、高温自润滑作用和适中的价格在激光熔覆材料中研究最多、应用最广。它主要适用于局部要求耐磨、耐热腐蚀及抗热疲劳的构件，所需的激光功率密度比熔覆铁基合金的略高。镍硅硼合金粉末相比于其他镍基合金粉末，不仅拥有良好的润湿性、耐蚀性、高温自润滑作用，而且其成分中不含铬，因此，在实验或生产中不会对环境造成污染。碳化钨(WC)为六方晶体，不仅韧性好、硬度高、抗冲击载荷及抗磨粒磨损能力强，与基体金属结合具有较好的抗界面腐蚀磨损性能，而且与镍基金属液润湿性好。与其他金属陶瓷颗粒(如碳化钛等)相比易于获得，综合考虑，选择碳化钨颗粒作为抗磨硬质相在技术上和经济上都是合适的。