[发明专利]一种陶瓷增强的钴基熔覆材料、涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钴基熔覆材料、涂层及制备方法，钴基熔覆材料，由钴基粉末、陶瓷材料粉末或由钴基粉末、陶瓷材料粉末和氧化钇粉末混合而成，其中，陶瓷材料粉末的含量为5～45％，氧化钇粉末的含量为0.5～1.5％，余量为钴基粉末，所述陶瓷材料为氮化锆、碳化锆或硼化锆。通过激光熔覆的方式对基体材料进行表面改性，陶瓷粉末中的硬质相均匀分布，形成弥散强化，提高涂层的硬度，改善涂层耐磨性，可以使耐磨性提高到基体的5.56倍。Y₂O₃氮化锆、碳化锆或硼化锆配合使用时，使熔覆层组织进一步细化，熔覆层变厚且均匀化程度升高，硬度得到较大的提高，熔覆层表面耐磨性可以提高到基体的8.09倍。

技术领域

本发明属于材料表面改性技术领域，具体涉及一种陶瓷增强的钴基熔覆材料、涂层及其 制备方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为 承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

钛是地球上含量较高的金属之一。二十世纪五十年代，美国钛材料公司第一次生产了商业 用钛，然后商业用钛的需求量逐年增长。现在，钛合金在航天航空、医疗器械以及汽车等方面 得到了广泛应用。但是，由于钛合金硬度低、摩擦性能差等性能，限制了钛合金的应用领域。 从1990年以来，越来越多的研究人员致力于改善和提高钛合金的表面性能，拓展钛合金的应用范围。 目前，常用激光重熔、熔覆、合金化，物理或化学气相沉积，等离子喷涂，表面渗氮、渗碳等工艺来 提高钛合金表层的理化性质。

激光熔覆技术是指，在激光的照射下，熔覆粉末会快速在基体表层熔化并形成熔池，移开 光束后，熔池迅速降温并凝固，从而使涂层与基体冶金结合在一起的一种表面改性技术。由于较高的 冷却速率，涂层组织会发生晶粒细化，使涂层具有较好的韧性。激光熔覆技术的优点有下面几点：一 是，可以制备组织致密的涂层；二是，组分和特性不同的材料与基体可以通过激光熔覆熔合在一 起；三是，激光能量密度高，易于控制激光器的输出功率及光束移动速率，易实现自动化。钛合金的 硬度低，耐磨性较差，不适用于耐磨性要求较高的场合，为了提高其硬度及耐磨性，可以用激光熔 覆技术在其表层熔覆一层性能优良的涂层。

Co基自熔合金与钛合金的润湿性较好，可制备出耐磨、耐蚀，高温性能稳定的涂层。目前，Co基 自熔合金的主要元素是Ni、C、Cr和Fe等，碳化物、硼化物和氮化物等陶瓷材料经常与镍基和钴 基材料混合，制备金属基复合陶瓷涂层，常用的陶瓷材料包括TiC、Cr₃C₂、WC、B₄C、TiB、TiB₂、 Si₃N₄、BN和TiN等，可见，合适的陶瓷材料种类较少，难以满足不断发展的需求。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种钴基熔覆材料、涂层及制备 方法。在材料表面制备了钴基复合陶瓷涂层，使材料表面具有较高的硬度较好的韧性和耐磨 性。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种钴基熔覆材料，由钴基粉末和陶瓷材料粉末，或由钴基粉末、陶瓷材料粉末和氧化 钇粉末混合而成，其中，陶瓷材料粉末的添加量为5％-45％，氧化钇粉末的添加量为0.5％ -1.5％，余量为钴基粉末，所述陶瓷材料为碳化锆、硼化锆或氮化锆。

进一步的，钴基粉末为Co-01。

发明人为了扩大Co基熔覆材料的种类，尝试将碳化锆、硼化锆或氮化锆三种材料粉末 与钴基粉末混合，通过激光熔覆的方式对基体材料进行表面改性，使熔覆层硬度相对于基体 来说显著提高，耐磨性得到增强，提高了该熔覆层在摩擦环境中的使用寿命。