[发明专利]一种激光熔覆高耐磨合金粉末及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光熔覆合金粉末及其制备方法，特别是一种激光熔覆高耐磨合金粉末及其制备方法，该高耐磨合金粉末适用于激光熔覆高耐磨工况零部件。

背景技术

在现代的日常生活和工业生产中，金属材料的磨损与腐蚀会出现在各个领域，是破坏机械零部件、工程构件的二大主要方式之一，腐蚀将会导致机械零件的大量消耗，而磨损则是导致机械零件失效的重要原因之一。它们在损耗大量金属材料的同时，也浪费了大量资源，在经济损失中占据非常大的比重。

激光熔覆是一项新兴、迅猛发展的技术，它是在高能量密度激光束照射下，基体表面一薄层与根据需要加入的合金同时熔化，形成厚度为10～1000μm表面熔化层，快速凝固以满足某一特殊性能要求的工艺方法，是集激光加热熔化、熔池中物质交互作用及快速凝固成型等多学科交叉的一门新技术，此技术在表面处理方面得到较细致的研究。

激光熔覆层材料的状态一般有粉末状、丝状、膏状等。另外还可将金属板材、粉末冶金制品、钢带和焊条等作为熔覆材料，其中合金粉末在激光熔覆技术中应用最为广泛。

尽管采用复合材料进行激光熔覆可制备高性能的复合材料涂层，但目前国内大多仍然处于实验室的研究中，而且其制备工艺大多都是在实验室内采用将镍基自熔合金与一定含量的WC粉末混合均匀，然后加入饱和松节油或自制的有机粘结剂，调成料浆或膏状，预涂覆于工件上，然后进行激光熔覆或烧结。其所加入的硬质颗粒较大、密度与基体金属不同，颗粒在熔覆层中的分布往往不均匀，通常呈现梯度分布；所加的颗粒材料与基体的润湿性、稳定性、膨胀系数及化学反应活性等均导致熔覆层的组织与性能的不均匀性。且所制备的组合粉末由于各组元比重相差悬殊，因而在贮存、运输和使用过程中而易产生偏析。无法进行商品化市场供应，目前在市场上尚未见有颗粒增强激光熔覆专用粉末商品销售。由于上述原因，至今尚未见激光熔覆专用组合粉末，从而制约了激光熔覆在高耐磨工况领域上的应用。

发明内容

本发明的目的是避免上述现有技术中的不足，开发一种能够满足工程机械严重磨粒磨损工况条件下所需的一种激光熔覆高耐磨合金粉末及其制备方法。

为实现上述目的，本发明可以通过以下基本化学成分的设计和添加硬质化合物和相应的制备技术方案来实现：

本发明所提供的一种激光熔覆高耐磨合金粉末由基体合金粉末与氧化物硬质颗粒和粘结剂所组成，其配比为：50～98%基体合金粉末，1～45%的Al₂O₃或Cr₃C₂、ZrO₂其中之一或二种以上的组合混合体粉末，1～5%的粘结剂制备成组合粉末；其中基体合金的化学成分及其质量百分比为；

0.2～1%C、1～5%Si、2～3.0%B、1.0～1.5%Mn、3～10%Cr、2～5%V、3～5%Mo、0.3～1%Nb、＜15%Fe、0.1～1.2％MgO，1～2％CaF₂，CeO₂、Y₃O₂、La₂O₃其中之一或二种以上的组合≤1％、Ni余量和不可避免的杂质元素；

本发明所提供的氧化物颗粒增强激光熔覆高耐磨镍基合金粉末及其制备方法，其制备工艺步骤是：

基体合金粉末制备→添加氧气化物颗粒→添加粘结剂→搅拌球磨→组合粉末→干燥→破碎→筛分；具体工艺步骤如下：

（1）基体合金制备

基体合金粉末制备的工艺流程为:配料→熔炼→雾化→干燥→筛分；

配料:原料为纯镍、石墨粉、FeCr、FeB、FeSi、W、Mo、Nb、Co、稀土Ce和Y；

熔炼:将上述配制好的原料在真空感应炉或中频感应炉中进行熔炼，熔化温度约为1250℃-1350℃，控制碳含量达到要求，炉前调整成分合格后，出炉温度1200～1300℃；

雾化:采用惰性气或高压水雾化，雾化孔径5～10mm，雾化压力，10～14MPa；

干燥:所用设备是远红外烘干机，烘干温度为220℃～300℃；

筛分:由筛粉机筛出粒度范围为+200目～－350目的粉末作为成品粉；

（2）添加碳化物颗粒

选取粒度范围为+200目～－350目的市售Al₂O₃或Cr₃C₂、ZrO₂其中之一或二种以上的组合混合体粉末作为增强硬质颗粒；

（3）添加粘结剂