[发明专利]一种用于超高速激光熔覆的颗粒增强铁基金属粉末

说明书

本发明提供的一种用于超高速激光熔覆的颗粒增强铁基合金粉末，由铁基体金属粉末与氧化物或碳化物颗粒组成，其配比为：50‑98%的铁基体金属粉末，2‑50%的氧化物或碳化物颗粒；其中铁基体的化学成分及其质量百分比为：0.03‑2%C，0.50‑2.80%Si，0.30‑1.60%Mn，2‑12%Cr，0.5‑3%V，0.5‑4%Mo，0.3‑1%Nb，P≤0.030%，S≤0.030%，0.05‑3.0%B，余量为Fe和不可避免的杂质。该金属粉末粒径为：10‑100μm，流动性：32‑45 s/100g。应用上述颗粒增强金属粉末，采用激光熔覆技术，搭配不同工艺，对基体表面进行强化与修复。

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种用于超高速激光熔覆的颗粒增强铁基金属粉末。

背景技术

激光熔覆技术是一种表面硬化工艺技术，指在基材表面通过不同的填料方式添加被选择的涂层材料，利用高功率密度的激光束使之与基材表面极薄层同时熔凝，并迅速凝固后形成稀释度极低、与基体成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等特性的工艺方法。传统的激光熔覆技术由于激光能量主要作用于基材表面，粉末温度低于熔点，热量散失大、能量利用率低，熔覆速率慢，且热影响区较大，严重制约了激光熔覆技术的推广应用。

传统铁基金属材料有成本低、机加工性能好、可焊接、耐腐蚀、可进行热处理等一系列优点，但其密度大、比强度小，耐磨性及高温稳定性有待提高。

发明内容

本发明涉及一种超高速率激光熔覆方法以及该方法所使用的颗粒增强铁基合金粉末。超高速率激光熔覆是一种表面加工技术，通过同步送粉添料方式，利用高能密度的束流使添加材料与高速率运动的基体材料表面同时熔化，并快速凝固后形成稀释率极低，与基体呈冶金结合的熔覆层，极大提高熔覆速率，显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等工艺特性的工艺方法。

与传统低速率高速熔覆相比较，超高速率激光熔覆高能束少部分能量作用在基体材料上形成较浅的熔池，而大部分能量作用在了粉末材料上，使粉末在进入熔池之前温度升至熔点并熔化，以液滴的形式与基体材料结合，从而使得超高速激光熔覆加工比传统熔覆效率提高40倍至上百倍。

由于超高速率激光熔覆技术的激光能量主要作用于粉末，熔覆过程中所使用的金属粉末对于熔覆效果有着至关重要的影响，粉末成分、粒度范围、流动性、球形度、增强颗粒的成分及添加比例等参数直接影响熔覆层的性能。主要采用以下指标：(1) 粒度范围，金属粉末颗粒的大小，通常用颗粒的直径来表征；(2) 流动性，是指以一定量粉末流过规定孔径的标准漏斗所需要的时间来表示，通常采用的单位为s/50g，其数值越小说明该粉末的流动性愈好；(3) 球形度，颗粒的形状与球体相似的程度；(5) D50，描述粉末平均粒度的指标，指一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。

由于传统铁基金属材料无法有效汇聚成较小的斑点等原因，该粒度粉末经熔覆头输送汇聚后，粉斑直径较大，无法满足超高速率激光熔覆小粉斑的工艺要求。需要说明的是，本发明中的超高速是相对于现有的激光熔覆速度而言的，该超高速具体是指激光扫描线速度大于等于25m/min。

根据本发明一方面，本发明提供了一种用于超高速激光熔覆的颗粒增强铁基金属粉末，其特征在于由铁基体金属粉末与氧化物或碳化物颗粒组成，其配比为：50-98%的铁基体金属粉末，2-50%的氧化物或碳化物颗粒，该氧化物或碳化物颗粒选自Al₂O₃、ZrO₂、WC、TiC中的一个或多个；其中铁基体金属粉末的化学成分及其质量百分比为：0.03-2 %C，0.50-2.80%Si，0.30-1.60%Mn，2-12%Cr，0.5-3%V，0.5-4%Mo，0.3-1%Nb，P≤0.030%，S≤0.030%，0.05-3.0%B，余量为Fe和不可避免的杂质；

其中，该粉末的球形度≥ 90%，流动性为32-45 s/100g。