[发明专利]一种激光熔覆Co基WC涂层

说明书

一种激光熔覆Co基WC涂层，采用半导体激光器在其表面激光熔覆Co基WC复合粉末。激光熔覆后涂层的显微硬度和高温磨损性能在很大程度上得到了提高。该涂层主要组成相为过饱和固溶体Co，硬质相CoCx、Fe₃W₃C、（Cr,Fe）₂₃C₆等。涂层在600℃高温磨损过程中，一方面，硬度相对较低的富Co区先磨损，使硬度较高的碳化物硬质相凸显出表面，阻止了对磨材料的磨损作用；另一方面，Co、Cr元素在高温摩擦过程中促进了具有润滑作用的氧化膜CoO、CoO·Cr₂O₃的形成，使摩擦系数降低，从而使得熔覆层的高温耐磨性提高了2倍左右。熔覆层高温磨损机制主要以磨粒磨损和粘着磨损为主。

所属技术领域

本发明涉及一种表面涂覆材料，尤其涉及一种激光熔覆Co基WC涂层。

背景技术

热锻模是一种重要的金属成型工具，广泛应用于机械、汽车等领域。在使用过程中，由于热锻模承受反复的机械和热载荷，模腔表面温度可以达到500℃以上，容易产生热疲劳裂纹、高温氧化、高温磨损等局部位置失效，局部位置的失效经常导致整幅模具的报废。而高温磨损是热锻模具的重要失效形式，改善模具高温磨损性能是提高其使用寿命的关键。

激光表面强化技术作为先进的表面工程技术，近年来被广泛应用在表面强化和再制造上，其中包括激光淬火、激光合金化和激光熔覆等技术。激光熔覆可以根据工况条件，设计各种熔覆材料包括金属或非金属、陶瓷粉末等，由于快速的熔化和冷却过程，可以获得均匀细小的涂层组织，且熔覆层与基体呈冶金结合。采用激光熔覆铁基、镍基、钴基等合金粉末的方法对热锻模具钢进行强化，可使得到的熔覆层耐磨性显著提高。

发明内容

本发明的目的是为了改善热锻模的硬度、耐磨性，设计了一种激光熔覆Co基WC涂层。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

激光熔覆Co基WC涂层的制备原料包括：基体材料为H13钢，其热处理状态为锻态，试样尺寸为80mm×50mm×30mm，实验前将H13基体表面抛光并用丙酮清洗。激光熔覆材料采用自制的Co基合金粉末和WC粉末，以9∶1的比例机械混合。Co基合金粉末的粒度范围为45-109μm，主要元素是Co、C、Si、Cr、W、Mo等。

激光熔覆Co基WC涂层的制备步骤为：采用LDF400-2000型光纤耦合大功率半导体激光器，其输出波长为900-1030nm，最大输出功率2kW；运动装置采用IRB2400/16型六自由度机器人；送粉装置采用具有闭环反馈流量控制的同轴送粉装置。优化后的工艺参数为：激光功率密度5.10W/cm²，扫描速度16mm/s，送粉率13.2g/min，采用多道搭接，搭接率为40%，试验过程用氩气保护。

激光熔覆Co基WC涂层的检测步骤为：熔覆后的试样经过线切割、镶嵌、打磨、抛光后，采用X Pert PRO型X射线衍射仪(XRD)分析熔覆层表面组成相；利用JSM-5610LV型扫描电镜电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)进行熔覆层横截面的组织形貌及成分分析；采用HDX-1000数字式显微硬度计在载荷200g、加载时间10s的条件下测试熔覆层的显微硬度；采用HT-600型高温摩擦磨损试验机测试基体和熔覆层分别在常温、600℃下的磨损性能，对磨材料为GCr15钢，转速448r/min，磨损时间1h，可自动检测试验即时温度、摩擦系数等数据并进行即时图形显示和数据储存。采用精度为0.1mg的电子天平称取摩擦前后试样的重量，从而得到失重量，以作为分析磨损性能的一个重要指标。

所述的激光熔覆Co基WC涂层，在H13基体表面激光熔覆Co基/WC复合粉末，获得了与基体呈冶金结合的熔覆层。熔覆层没有裂纹、气孔、夹杂物和偏析等缺陷存在，与基体结合良好，其主要组成相为Co、CoCx、Fe₃W₃C、(Cr,Fe)₂₃C₆。