[发明专利]一种光纤激光熔覆镍基镍包碳化钨熔覆涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种光纤激光熔覆镍基镍包碳化钨熔覆涂层的制备方法，包括以下步骤：1)选用45钢为激光熔覆基体，先用丙酮溶液清除基体表面的锈迹或油污，再用酒精擦拭干净；2)将质量百分比为20％的镍包碳化钨与余量的镍45粉末混合均匀；3)采用预置法，将混合粉末预置粘结于45钢基体表面，粉末厚度为1mm，烘箱烘干；4)使用光纤激光器进行激光熔覆，其中光斑直径4mm，扫描速度12～16mm/s。本发明通过采用光纤激光器，低温烘干预置层，在镍基粉末中加入一定量的镍包碳化钨粉末的方法，提高了熔覆层与基体的结合强度，提高了熔覆层的硬度且获得组织均匀致密、少裂纹、气孔缺陷的熔覆层。

技术领域

本发明属于激光熔覆金属陶瓷复合材料技术领域，尤其涉及一种光纤激光熔覆镍基镍包碳化钨熔覆涂层的制备方法。

背景技术

激光熔覆技术兴起于20世纪80年代，是一种先进的表面改进技术，该技术广泛应用于制备金属间化合物基复合涂层。其原理是利用高能密度激光束所产生的局部高温将两种或两种以上金属界面瞬间熔化，熔覆材料与基体实现冶金结合，形成与基体成分不同的熔覆层，以改善材料性能。与堆焊、热喷涂等技术相比，它具有诸多优点：如熔覆层硬度高、耐磨性好、工件变形小、熔覆层质量稳定、冷却速度快、污染小、稳定性高等。目前激光熔覆已在汽车工业、航空航天、海洋及石油化工等多种领域中得到了广泛使用。因而，它具有广阔的市场前景。

熔覆材料：目前广泛应用的熔覆材料主要有：镍基、铁基、钴基、碳化物复合材料等，在金属粉末中，镍基自熔性合金与钢铁之间各项物理指标都较为匹配，具有良好的相容性，且镍基合金还具有良好的耐磨性、耐蚀性和高温力学性能。因此它也是应用最多的自熔性合金粉末。

镍包碳化钨：镍包WC是由镍包覆层和芯部的碳化钨颗粒组成，碳化钨是一种硬度极高的碳化物陶瓷相，它不仅具有良好的金属特性，低的热膨胀系数以及良好的耐磨性，而且其韧性也是陶瓷材料中较好的，因此常被用作金属基复合涂层的强化相。其表层的镍包覆层有助于提高碳化钨与合金溶液的润湿性，同时，也可以尽量减少碳化钨在激光熔覆过程中的氧化和分解。

激光器：目前工业中用于加工制造的激光器以第一代激光器(CO₂和YAG激光器)为主。近年来，第三代激光器：光纤激光器，发展迅速。光纤激光器相比前两代激光器具有许多优点：光纤激光器结构紧凑，制造成本低；光纤激光器具有高的电光转换效率，大幅度减少工作时的耗电，运行成本低；光纤激光器的谐振腔内无光学镜片，免调节、免维护、稳定性高；随着波长的减少，金属材料对激光的吸收率增大，光纤激光波长约为CO₂激光的十分之一，由于波长较短，材料对激光的吸收率高；光纤激光采用光导纤维传递激光能量，便于实现柔性制造等。

随着科技的不断发展，激光熔覆镍基陶瓷复合涂层得到了国内外学者的广泛关注和研究(CN104046982B，CN103447485A)，但其熔覆后熔覆层出现的裂纹、气孔等缺陷导致的熔覆层组织不均匀、结合强度降低、硬度下降等问题一直存在，从而限制了它在工业上的进一步推广应用。目前，研究的熔覆涂层一般都是使用二氧化碳激光器制备的，对于光纤激光器制备的熔覆涂层的研究相对较少；在预置粉末期间，一般采用的烘干温度相对较高，对低温烘干的研究较少，温度过高会存在粉末氧化的可能性，进而对熔覆层性能存在一定的影响；此外，对于熔覆粉末中添加的碳化钨，大部分的研究为非包覆型，而包覆型的研究相对较少，包覆型的碳化钨具有较好的润湿性，可有效减少碳化钨的氧化分解。因此找到一种比较完善的进行激光熔覆镍基镍包碳化钨熔覆涂层的方法十分重要。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中熔覆层出现的裂纹、气孔等缺陷导致的熔覆层组织不均匀、结合强度降低、硬度下降等问题，提供一种光纤激光熔覆镍基镍包碳化钨熔覆涂层的制备方法；通过采用光纤激光器，低温烘干预置层，在镍基粉末中加入一定量的镍包碳化钨粉末的方法，提高了熔覆层与基体的结合强度，提高了熔覆层的硬度且获得组织均匀致密、少裂纹、气孔缺陷的熔覆层。

本发明提供一种光纤激光熔覆镍基镍包碳化钨熔覆涂层的制备方法，包括以下步骤：