[发明专利]激光熔覆制备Fe3

说明书

一种激光熔覆制备Fe₃Al/Cr₃C₂复合涂层的方法，属于激光加工技术领域。该方法步骤为：对钢铁材料的表面进行预处理，以去除附着在钢铁材料的表面的油污和杂质；将Cr₃C₂粉末添加到Fe₃Al粉末中并混匀，得到Fe₃Al与Cr₃C₂的混合物，其中，所述混合物中Cr₃C₂的含量为5wt％～40wt％；利用激光熔覆技术将混合物熔覆在钢铁材料的表面，以使混合物在钢铁材料的表面形成Fe₃Al/Cr₃C₂复合涂层。优点在于，获得的Fe₃Al/Cr₃C₂复合涂层组织结构致密，具有显著的耐磨性能。

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，特别是涉及一种激光熔覆制备 Fe₃Al/Cr₃C₂复合涂层的方法，。

背景技术

重载柴油发动机向着高机械负荷、高热负荷和低排放的方向发展，直喷、增压等技术开始广泛应用，造成柴油发动机内部热动力机械及高温传动摩擦部件的工作环境越来越恶劣，曲轴、排气阀、活塞等关键零部件因腐蚀、过度磨损、烧损而失效，严重影响了零部件的使用寿命和柴油发动机的工作稳定性，每年柴油发动机因零部件失效引起的损失巨大。根据柴油发动机关键零部件运行情况和失效机理研究表明，大部分的失效发生在零部件表面，因而防治失效的有效途径是在新产品制造时进行表面处理或对磨损的零部件进行表面修复，应用合适的表面改性技术提高零部件的使用寿命。

金属间化合物是由两种(或以上)金属(或金属与非金属)形成的一类材料，在临界有序温度以下具备长程有序的晶体结构。金属间化合物由于其原子的长程有序排列和原子间金属键与共价键的共存性，使其兼顾金属和陶瓷的性能特点。与传统的金属和合金相比较，金属间化合物拥有许多独特的性能：一方面它具有陶瓷所具备的高熔点、良好的高温强度；另一方面它具有金属材料所具备的良好热传导性、电导性及承受塑性变形的能力；同时，其长程有序结构使其具备原子间结合力强、变形硬化能力好、具有“温度‐强度反常特性”等特性。因此金属间化合物具备高温耐磨材料所期望的优良性能，成为高温摩擦磨损材料科学研究的热点之一。

在发明专利ZL201410822105.5中，钢铁研究总院利用激光熔覆技术制备了Ni₃Al/Cr₃C₂复合涂层，这种金属间化合物基复合涂层材料具有显著的耐磨性能。然而，尽管激光熔覆制备的Ni₃Al/Cr₃C₂复合材料已取得了不少研究成果，并且已在柴油发动机关键零部件已有初步的应用，但仍存在一些问题，例如：对于重载柴油发动机而言，Ni₃Al基复合材料成本较高；Ni₃Al基复合材料加工(熔炼)难度大；制备过程易生成脆性NiAl 相，等等。这些问题在一定程度上限制了Ni₃Al基复合材料在重载柴油发动机领域的应用。

Fe‐Al系金属间化合物由于是以铁和铝这两个基本工业元素作为主要的原料，和其他的高温合金相比更具有成本上的优势。这类材料还具备比重小、弹性模量高、抗氧化、耐热腐蚀等一系列性能特征，对于在使用条件苛刻的环境中运行的机械设备，将是一种理想的结构材料，因此它在高温耐磨领域具有很大的发展潜力。Fe₃Al具有与Ni₃Al相似的结构，并且在600℃以下，Fe₃Al也具有金属间化合物的共性，即强度不会随温度的升高而降低。在柴油发动机领域，如果Fe₃Al及其复合材料能够获得与Ni₃Al相当或略低的性能，其比Ni₃Al应用前景可能会更为广泛。

发明内容