[发明专利]一种基于管状粉芯丝材的激光熔化沉积陶瓷颗粒增强金属基复合涂层及加工方法

说明书

本发明公开一种基于管状粉芯丝材的激光熔化沉积陶瓷颗粒增强金属基复合涂层及加工方法，将管状金属层作为金属基体，填充物作为陶瓷颗粒增强相，结合了送粉式和送丝式的优点，在激光的作用下不仅可以形成陶瓷颗粒均匀分布过程稳定柔顺的熔滴过渡过程，而且熔覆效率高，材料利用率高，自动化程度高，且丝材可实现连续的稳定插注过渡过程。在此之外，由于是利用激光作为热源，热输入精确可控，可制备稀释率低，增强颗粒均匀分布，致密无缺陷的复合涂层。

技术领域

本发明属于激光熔化沉积技术，更加具体的说，尤其是涉及使用一种管状粉芯丝材进行陶瓷颗粒增强金属基复合涂层及其加工方法。

背景技术

随着我国经济发展及科技水平的提高，在工业制造领域内对生产设备的数量及质量也日益增大。在设备的实际服役过程中，其零件的性能决定了生产效率。在机械设备的工作过程中不可避免的与外接环境相接触，如高温、高压或摩擦等，这样会在金属零件的外表面产生一定的作用，例如金属的失效，包括磨损、腐蚀、疲劳与断裂等往往都是由金属表面开始的。例如磨损首先发生在金属零件的表面，随着零件与外部环境接触时间的增加，表面作用产生的缺陷会逐渐向零件内部扩展，最终使零件发生失效。若是采用适当的表面处理方法，可以使得磨损引起的失效减少30％左右。因此为了减少表面磨损所造成的损失，研发一种具有高硬度高耐磨性的新型涂层及加工方法迫在眉睫。而机械零件的加工方法对零件的性能有很大的影响，故选择合适的材料加工处理方法则起到了关键的作用。

陶瓷颗粒金属基复合涂层MMCp(particle reinforced metal-matrixcomposites)从20世纪60年代起逐渐成为了世界各国学者及企业的研究热点之一，且在航空航天、汽车、矿山油井等领域得到了广泛的应用。对于金属基复合涂层，目的在于把基体优越的塑性韧性和成形性与增强体的高承受载荷能力和高硬度高耐磨性能结合起来。以提高表面耐磨性为目标的陶瓷颗粒金属基复合涂层，首先需要增强颗粒自身要具有较高的硬度和强度，以减少在磨损过程中的破碎及失效以便更好的起到支撑载荷的作用。常用的陶瓷颗粒增强相则为氧化物陶瓷如Al₂O₃,TiO₂,碳化物陶瓷SiC,WC，氮化物陶瓷SiN₄,AlN为主另外基体材料作为陶瓷颗粒的粘结剂也应该具有一定的强度，因此可以更好的为硬质颗粒相提供有效的支撑作用，使得陶瓷颗粒的的抗磨损能力得到有效的发挥。目前研究较多的是以Fe、Ni、Co、Ti等金属为基体。另外一个需要考虑的关键问题是，陶瓷颗粒相与基体相在原则上需要有较好的润湿性，这样在受热形成涂层的过程中陶瓷相与基体相之间会形成冶金结合，可以增强增强相与基体相之间的钉扎作用，使得在受到外界磨损的情况下，颗粒相不易脱落。

现阶段在工业领域内得到应用的表面耐磨损涂层制备方法有氩弧熔覆技术，热喷涂技术及激光熔覆技术等。其中氩弧熔覆是利用电弧作为热源进行表面堆焊，但是由于氩弧的能量难以精确控制，其热输入一般较大，导致母材的热影响区较大，稀释率较高，而且在较大热输入的影响下，焊缝内部会存在一些较为粗大的晶体组织，影响涂层性能。在此之外，热喷涂技术是采用某种高温热源，将熔覆材料(通常为粉末材料)熔化，并利用高速射流将熔化后的熔覆材料喷射到经过预处理后的基材表面形成涂层的一种技术，其中应用最广的为等离子热喷涂技术。等离子喷涂的热源为等离子弧，其热源具有高温和高速的特点。但是等离子喷涂制备的涂层疏松，多孔且有微裂纹，涂层与基材的结合不良等缺陷。