[发明专利]一种发动机进、排气门用激光熔覆涂层材料及其涂层

说明书

技术领域

本发明涉及一种涂层材料及其涂层，尤其涉及一种发动机进、排气门用激光熔覆涂层材料及其涂层，属于材料技术领域。

背景技术

激光熔覆亦称激光包覆或激光熔敷，是一种新的表面改性技术。涉及到光、机、电、材料、检测与控制等多门学科，是激光先进制造技术最重要的核心技术之一。由于该技术制备的熔覆层可以显著改善基体表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗高温氧化和抗疲劳等综合性能，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多等优点。

激光熔覆在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光幅照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。

激光熔覆与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点，因此激光熔覆技术应用前景十分广阔。

由于激光熔覆是一种新型的覆层技术，号称汽车心脏的发动机，多数零部件表面要求耐高温、耐磨损、耐腐蚀性，采用激光熔覆在发动机进、排气门上可形成具有优良的耐磨、耐热性合金涂层。但是目前应用广泛的激光熔覆材料(如：镍基、钴基、铁基合金、碳化钨复合材料等)都不能满足发动机进、排气门耐高温的要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有的激光熔覆材料所存在的缺陷，提供一种不仅表面硬度高，耐磨性强，而且具有耐高温作用的发动机进、排气门用激光熔覆涂层材料。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种发动机的进、排气门用激光熔覆涂层材料，该材料由以下质量百分比的化学成分组成：

Ni：15～30％；C：0.5～2.0％；Si：2.5～4.0％；Fe：5～15％；W：3.5～6.5％；Cr：12～20％；纳米Al：0.15～0.40％；Y₂O₃：0.5～2.0％；余量为Co。

本发明与现有堆焊、喷涂、电镀和气相沉积等涂层技术不同，它采用激光熔覆技术在发动机进、排气门基体表面制备陶瓷颗粒增强涂层，在上述材料中采用的纳米Al的粒径是10-100nm。本发明的材料快速熔化后凝固在发动机进、排气门表面形成特定陶瓷颗粒增强复合涂层，在金相显微镜下观察，涂层的典型组织为细小的陶瓷相亚共晶介稳组织，陶瓷相颗粒≤2.8μm，细小弥散的陶瓷相颗粒使得发动机进、排气门能够始于高温环境。

在上述的发动机的进、排气门用激光熔覆涂层材料，作为优选，该材料由以下质量百分比的化学成分组成：

Ni：18～25％；C：0.9～1.6％；Si：2.7～3.4％；Fe：8～11％；W：4.5～5.5％；Cr：13～18％；纳米Al：0.17～0.37％；Y₂O₃：0.6～1.2％；余量为Co。

进一步的优选，该材料由以下质量百分比的化学成分组成：

Ni：18～25％；C：1.2～1.5％；Si：3.0～3.2％；Fe：9～10％；W：4.8～5.2％；Cr：14～16％；纳米Al：0.25～0.35％；Y₂O₃：0.8～1.0％；余量为Co。

此外本发明的另一个目的在于提供一种发动机的进、排气门用陶瓷相颗粒增强钴基涂层，该涂层在发动机的进、排气门基体上采用预置式激光熔覆或同步式激光熔覆上述的材料制成。

激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类，即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。其中预置式激光熔覆如图1所示，同步式激光熔覆如图2所示。

预置式激光熔覆是将本发明的激光熔覆涂层材料事先置于基体表面的熔覆部位，然后采用激光束辐照扫描熔化，熔覆材料以粉末形式加入。

同步式激光熔覆则是将激光熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入。

其中预置式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---预置熔覆材料---预热---激光熔化---后热处理。同步式激光熔覆的主要工艺流程为：基材熔覆表面预处理---送料激光熔化---后热处理。本发明采用的激光器为现有普通的CO₂激光器，固体激光器。