[发明专利]一种高强塑积激光熔覆层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高强塑积激光熔覆层及其制备方法，本发明得到的激光熔覆层包括基体、热影响区、过渡区和熔覆区，过渡区在热影响区和熔覆区间形成，其中过渡区的金相组织为板条马氏体和奥氏体构成的双相组织，熔覆区呈细小的等轴晶组织，熔覆层具有优异的强度和塑韧性，强塑积水平高，具有优异的强度和韧性匹配，承载能力强；且本发明进一步提供了激光熔覆层的制备方法。本发明提出的激光熔覆层及制备方法，显著提高了熔覆界面的结合强度，有效消除了界面冶金缺陷、成分偏析、组织不均匀及力学性能的各向异性，降低了熔覆层因局部损伤造成失效的概率，且使得熔覆界面热量分布更加均匀。

技术领域

本发明涉及激光熔覆技术，具体涉及一种高强塑积激光熔覆层及其制备方法。

背景技术

激光熔覆技术是近年来兴起的表面改性的方法，激光熔覆的原理是指以不同的添料方式将熔覆材料添加到被熔覆基体的表面上，利用高能密度的激光辐射到基体表面，使基体表面薄层与熔覆材料快速熔化并凝固发生冶金结合，显著改善基体表面的耐磨耐蚀性。激光熔覆与传统表面工程相比，热输入量较低，材料的热变形小，耗能小，应用灵活，理论上可以在各种材料表层采用激光熔覆技术，且后续加工很小或不需要加工等。此外，激光熔覆过程中的急冷可以使熔覆层的组织更加致密，晶粒更加细化，从而使力学性能得到显著提高。

现有的激光熔覆工艺得到的熔覆层结构通常分为3个区域：熔覆区、热影响区和基体。熔覆过程中，由于熔池与基体界面存在较大的温度梯度，使晶核沿着垂直界面的方向优选生长，逐步形成尺寸各异的柱状晶。熔覆区的这种组织结构会导致熔覆层合金分布不均匀，易导致较大的成分偏析，同时带来熔覆层力学性能存在严重的各向异性，使熔覆层的使用性能及服役寿命对不同的应力状态失去应有的普适性；同时，对于超高强度的钢基体，在其表面制备激光熔覆层时通常会因强度高、脆性大、且易在熔覆界面形成大量的冶金缺陷而导致熔覆层界面结合强度不足，难以承受超高的拉伸载荷，导致服役过程中容易发生脆性断裂。

发明内容

本发明的目的在于为了克服现有技术的不足而提供一种高强塑积(即抗拉强度与断后伸长率的乘积，其水平越高，通常强度和塑韧性越好)激光熔覆层及制备方法，本发明得到的激光熔覆层包括基体、热影响区、过渡区和熔覆区，过渡区在热影响区和熔覆区间形成，其中过渡区的金相组织为板条马氏体和奥氏体构成的双相组织，熔覆区呈细小的等轴晶组织；且本发明进一步提供了高强塑积激光熔覆层的制备方法。本发明提出的高强塑积激光熔覆层及制备方法，可显著提高熔覆界面的结合强度，有效消除界面冶金缺陷、成分偏析、组织不均匀及力学性能的各向异性，降低熔覆层因局部损伤造成失效的概率，且使得熔覆界面热量分布更加均匀。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案为：

一种高强塑积激光熔覆层，由熔覆粉末通过激光熔覆工艺熔覆在基体上而形成；所述激光熔覆层包括基体、热影响区、过渡区和熔覆区；其特征在于，所述热影响区和熔覆区间形成过渡区；所述过渡区的金相组织为板条马氏体和奥氏体构成的双相组织，所述熔覆区的晶体结构为细小均匀的等轴晶。

其中，基体为超高强马氏体不锈钢，如1Cr15Ni4Mo3N；激光熔覆粉末为1Cr15Ni4Mo3N不锈钢经Si、B元素微合金化制备，由15-60μm和120-450nm的微纳米球形颗粒共同组成。

本发明提出的一种高强塑积激光熔覆层的进一步优选方案为：

其中，过渡区的双相组织中，板条马氏体组织的重量百分比含量为55％-92％，奥氏体组织的重量百分比含量为8％-45％；优选为板条马氏体组织的重量百分比含量为65％-80％，所述奥氏体组织的重量百分比含量为20％-35％。

其中，过渡区的厚度为50-1200微米，优选为700-900微米。

本发明进一步提出了一种激光熔覆层的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：基体表面预处理；对基体的熔覆区进行热处理、打磨、清污；