[发明专利]Cr12MoV钢激光熔覆镍基单道涂层

说明书

技术领域

本发明涉及Cr₁₂MoV钢激光熔覆镍基单道涂层。

背景技术

CR12MOV模具钢是高碳高钼莱氏体钢，它很高的淬透性使得其在材料表面400mm以下也可以完全淬透，即使在300～400℃高温环境下工作仍能具备较好的硬度和耐磨性,但塑性却比Cr12差，用于制造截面较大、形状复杂或承载量较重的冲压模具、切边模、圆锯、量规和其他工具。冷作模具钢在服役时，其表面的不同部位载荷性质也不一样，可能先后或者同时出现两种或两种以上失效形式，并且失效大多是从表面开始，比如磨擦磨损、冷热交替疲劳、塑性变形和开裂，随着使用次数的增加，逐步向周围扩展甚至内部，最终导致断裂或大的尺寸变形。材料表面介质和材料本体的性质差异越来越明显，加快了失效的速度，或者说原有材料设计原则已经不能适应新的材料的发展要求，这就要求对材料表面进行特殊加工处理，以满足它的使用要求。由表面科学为基础发展而来，目的在于防护材料表面、改进表面性能的激光熔覆技术在功能方面有五点：（1）节能减材，高效降低磨损或腐蚀损失；（2）制备功能材料、新型元器件；（3）产品表面防护、修复、强化的有效措施；（4）优化环境和美化生活；（5）绿色再制造工程变废为宝，避免二次污染。

激光熔覆技术是通过预置熔覆材料或同步送料的方式被放置在衬底表面的激光束照射，包括基体表面微薄一层金属在内的熔覆材料瞬间熔化的高温熔体快速凝固形成与基体材料组织性能完全不同的冶金结合涂层。早在20世纪80年代，我国已经开始激光熔覆技术的研究，在1985年以前国内外熔覆技术的发展较为缓慢，从1985年至1992年期间，国内外研究学者主要集中研究激光熔覆工艺优化、熔覆材料体系特点、激光熔覆层的微观组织结构和性能分析、熔覆层缺陷机制以及激光熔覆应用等方面；1993年以来主要集中在激光熔覆基础理论和模型，专用熔覆材料研制，激光熔覆过程裂纹等缺陷的形成与消除机制，激光熔覆工艺关键组成要素检测与控制，激光熔覆高效率同步送粉器和喷嘴，新型熔覆层研制，快速成型理论与激光熔覆技术的结合等领域的研究。

到目前为止，激光熔覆在多个方面业已取得很多的研究成果。激光熔覆除了低稀释率、高性能、低能耗的特点外，因为104-106 W/cm2高能量密度激光束快速凝固的特性，熔覆材料不受一般冶金热力学的限制，所用的熔覆材料范围相当广泛。

熔覆材料体系由最初的铁基、镍基、钴基等自熔性合金粉末扩充到如今的铜基、钛基、镁基等其他合金基粉末材料，高熔点高硬度的碳化物、硼化物、氧化物、陶瓷，含羟基磷灰石、CP涂层等生物涂层材料和复合粉末。材料状态不只是粉末状，还有丝带状、板条状、圆棒状和软膏状等。利用激光熔覆工艺在基体材料表面熔覆陶瓷复合材料，母材的高塑性高韧性增添优良的耐磨、耐热性能，可用于航空、模具行业，从而大大提高产品的使用寿命。陶瓷粉末优异的耐磨、耐高温和耐蚀性能在制备高温耐磨耐蚀涂层和热障涂层上发挥了巨大的作用，但由于陶瓷粉末和基体金属的热物理特性差异造成熔覆层开裂、变形、脱落等缺陷。激光熔覆工艺的影响因素有激光功率、激光扫描速度、光斑尺寸、涂层材料的添加方式、涂层材料的保护手段、搭接率和前后热处理等，研究表明，这些工艺参数将直接决定激光熔覆层的宏观形貌、显微组织结构和力学性能，对生物化学、电学等其他功能涂层的制备也有着一定的影响作用。另外，在熔覆层性能方面包括硬度、结合强度、耐磨性能、耐蚀性能等。熔覆层各组织的分布状态、种类、特性和添加物的含量等都决定熔覆层的耐磨性能，由铸造WC和烧结状态WC颗粒构成的熔覆层的耐磨能明显高于同含量的由碳化钨单晶组成的熔覆层的耐磨性，但碳化钨含量过高将会降低熔覆层的耐磨性。

激光熔覆技术近年来不管是在熔覆基础理论的完善、熔覆材料体系的扩充方面，还是熔覆工艺控制、CAD/CAM技术的结合、各种熔覆层的制备方面，都取得了一定的成果，并且在某些工业应用领域也得到了一定的推广应用。但此项技术由于各种原因仍处于发展中阶段，还不够成熟，一些关键问题需要解决。