[发明专利]钢铁表面激光熔覆陶瓷增强Ni基复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钢铁表面激光熔覆陶瓷增强Ni基复合涂层及其制备方法。陶瓷增强Ni基复合涂层，由陶瓷相和Ni60A的混合粉末在钢试件表面经激光熔覆制得，混合粉末中，陶瓷相为ZrN、ZrB₂或ZrC，其质量分数为5～45wt.％，余量为Ni60A。激光功率为3～5kW，扫描速度为200～400mm/min，光斑直径为3～4mm，预置粉末厚度为0.5～1.5mm，氩气流量为5～15L/min，搭接率为30％～50％。Ni60A+ZrN涂层具有高的耐磨性，在激光功率3kW，扫描速度300mm/min的条件下，Ni60A+10wt.％ZrN涂层的耐磨性提高到基材的9.67倍。在激光功率3kW，扫描速度300mm/min的条件下，Ni60A+30wt.％ZrB₂涂层的耐磨性提高到基材的4.14倍。

技术领域

本发明具体涉及一种钢铁表面激光熔覆陶瓷增强Ni基复合涂层及其制备方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

45钢是常见的中碳结构钢，具有较高的强度和良好的切削性能，因此，广泛用于制造连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等。然而，在恶劣的服役环境中，45钢零件容易发生磨损和腐蚀，导致失效，造成经济损失。利用表面改性技术制备防护涂层，可以有效提高零件的耐磨与耐蚀性能，延长其使用寿命。

激光熔覆是利用高能量密度的激光束扫描熔覆材料，使熔覆材料和一小部分基材一起快速熔化和凝固，得到冶金结合涂层的表面改性技术。激光熔覆技术作为一种新型的表面改性技术，与传统方法相比，具有热量输入小，稀释率低，涂层厚度大，结合强度高，熔覆速度快，组织细小等优势。目前，激光熔覆技术在机械制造、石油化工、航空航天等领域已经得到广泛的关注和研究，具有良好的应用前景。

激光熔覆的材料来源广泛，合理地选择熔覆材料是获得理想的使用性能的关键。常用于激光熔覆的合金材料有Ni基、Co基和Fe基3个系列的粉末。其中，Ni基合金具有较高的耐磨性、耐蚀性、抗高温氧化性，良好的润湿性以及适中的价格，应用非常广泛。Ni基自熔性合金粉末主要包含Cr、B、Si、C、Fe等合金元素。Cr和Fe能够固溶于γ-Ni，引起固溶强化，并能与B和C化合，生成多种硬质相，造成第二相强化和弥散强化，从而提高合金的硬度和耐磨性。Ni和Cr能够形成致密的氧化膜，引起钝化，从而增强合金的耐蚀性和高温抗氧化性。B和Si能够降低合金的熔点，改善熔体的流动性，并与O元素反应，生成硼酸盐、硅酸盐，起到脱氧、造渣的作用。目前，激光熔覆技术广泛地使用Ni基自熔性合金粉末作为熔覆材料，在滚筒、凸轮、柱塞、轧钢机的输送辊等零部件的表面制备耐磨与耐蚀涂层。然而，面对大载荷、高应力、快速度、强腐蚀等恶劣的服役环境，合金涂层不能满足使用要求。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种钢铁表面激光熔覆陶瓷增强Ni基复合涂层及其制备方法。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种钢铁表面激光熔覆陶瓷增强Ni基复合涂层，由陶瓷相和Ni基粉末的混合粉末在钢试件表面经激光熔覆制得，混合粉末中，陶瓷相为ZrN或ZrB₂，其质量分数为5～45wt.％，余量为Ni基粉末。

为了提高钢铁表面的耐磨性和耐蚀性，发明人进行了一系列的试验，其中包括向Ni基合金粉末中分别加入不同配比的ZrN、ZrB₂或ZrC等陶瓷粉末，在钢铁表面进行激光熔覆，制备陶瓷增强的Ni基复合涂层。试验结果显示，这三种系列的熔覆材料都地对钢铁的耐磨性起到一定的改善作用，其中，Ni60A+ZrN涂层的显微硬度较低，Ni60A+ZrB₂涂层的显微硬度较高，Ni60A+ZrC涂层的显微硬度居中。