[发明专利]高速激光熔覆合金粉末、其制备方法、涂层及应用

说明书

本发明提供了高速激光熔覆合金粉末、其制备方法、涂层及应用。该高速激光熔覆合金粉末包括按重量份计的以下组分：铁基合金55‑90份，碳化硅5‑15份，金刚石4‑10份，粘结剂0.1‑0.5份，铝0.01‑0.2份；所述铁基合金包括：Ti10‑25wt％，Cr9‑18wt％，Mo1‑5wt％，Ni4‑15wt％，余量为铁；所述金刚石表面镀有铁镍合金层。该高速激光熔覆合金粉末可在高速激光熔覆工艺条件下于铁基制品表面形成金属‑陶瓷‑金刚石复合涂层，从而提高耐磨性，并具有较好的冲击韧性，扩大了现有金属‑陶瓷复合涂层的应用范畴。

技术领域

本发明涉及合金粉技术领域，具体涉及高速激光熔覆合金粉末、其制备方法、涂层及应用。

背景技术

我国作为金刚石生产大国，以这种超硬材料做工具，经过三十多年的发展，达到了世界先进水平，无论是磨粒，还是工具的出口，都处于领先地位。

在热喷涂领域，尚缺乏可行的方案将金刚石固结于合金涂层中。这是因为金刚石表面能高，不易与基体形成紧密键合，反而以夹杂物的方式存在于涂层中，成为裂纹源，使用时金刚石颗粒易脱落，不利于提高涂层的耐磨性；或者，甚至无法制备含金刚石的涂层。

现有金属-陶瓷复合涂层虽然在刀具等领域得到广泛应用，但是涂层的耐磨性仍有待提到，限制了这种材料广泛应用。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种高速激光熔覆合金粉末，该高速激光熔覆合金粉末可在高速激光熔覆工艺条件下于铁基制品表面形成金属-陶瓷-金刚石复合涂层，从而提高耐磨性，并具有较好的冲击韧性。

本发明还提供了上述高速激光熔覆合金粉末的制备方法。

本发明还提供了采用上述高速激光熔覆合金粉末制得的涂层。

本发明还提供了上述高速激光熔覆合金粉末的应用。

本发明的第一方面提供了一种高速激光熔覆合金粉末，包括按重量份计的以下组分：

铁基合金55-90份，碳化硅5-15份，金刚石4-10份，粘结剂0.1-0.5份，铝0.01-0.2份；

所述铁基合金包括：Ti10-25wt％，Cr9-18wt％，Mo1-5wt％，Ni4-15wt％，余量为铁；

所述金刚石的表面镀有铁镍合金层。

本发明的高速激光熔覆合金粉末，至少具有以下有益效果：

金刚石在常压无氧条件下转变成石墨的相变温度是900℃，在高速激光熔覆工艺条件下，激光束焦点温度高于金刚石的相转变温度，使金刚石表面石墨化，碳原子从金刚石结构变成石墨结构的过程中获得能量，与金属元素形成金属碳化物覆盖在金刚石表面，实现金刚石与母材的化学键合。由于高速激光熔覆的线速度快，一般为每分钟数米，这种瞬时高温过程能避免金刚石内部继续被石墨化，同时覆盖在金刚石表面的石墨层、金属碳化物这些物质对金刚石内部结构具有保护作用，使得金刚石结构得以留存于涂层中。金刚石作为磨粒，其通过金属碳化物与母材连接，结合牢固，且金刚石表面的金属碳化物、石墨层使金刚石表面粗化，增大了接触面积，能进一步提高界面结合，提高了涂层的耐磨性，同时保证较好的冲击韧性。

金刚石表面镀覆铁镍合金后，能提高金刚石的亲和性，改善熔池对金刚石的润湿性，利于提高金刚石颗粒的分布均匀性。

碳化硅在高温下分解成碳和硅，碳参与化学反应，原位生成金属碳化物硬质相，部分硅溶解在熔池里形成固溶强化相。因为反应时间极短，金属碳化物能以亚微米级粒度均布于晶界，与周围晶粒形成化学键合，利于涂层与母材融合，提高涂层韧性和耐磨性。

铁基合金中的Ti能生成碳化钛，对提高涂层耐磨性和韧性有利。