[发明专利]一种网络状的金属陶瓷硬质合金激光增材制造制备方法

说明书

本发明提供一种网络状的金属陶瓷硬质合金激光增材制造制备方法。所述网络状的金属陶瓷硬质合金激光增材制造制备方法使用送粉式增材制造设备在氩气保护下将金属粉末送入熔池，在基体表面形成致密的硬质涂层，激光增材制造技术制备的涂层具有对基体的稀释小，热影响区小，与基体冶金结合良好的特点，本发明还具有打印超薄涂层的优势，涂层厚度可控。

技术领域

本发明涉及激光增材制造领域，具体是一种代替传统电镀硬铬工艺，具有高的硬度，良好韧性的网络状的金属陶瓷硬质合金激光增材制造制备方法。

背景技术

长期以来，镀铬层除了作为装饰涂层外，还广泛作为机械零部件的耐磨和耐蚀涂层。电镀硬铬是一种增加零件表面硬度、耐磨、耐腐蚀等性能的表面处理工艺。在航空领域，大到飞机发动机，小到航空零部件，表面镀铬都成为不可或缺的一道工艺。然而，电镀硬铬工艺也有一定的缺点：

电镀硬铬层的硬度一般为700-900HV，远不及一些陶瓷和金属陶瓷材料的硬度高和耐磨性好，而且镀铬层的硬度在温度升高时会因其内应力的释放而迅速降低，其工作温度也只能是低于450℃，因此难以满足现代机械在高温、高速下工作的要求。

镀铬层内存在微裂纹，不可避免地会产生穿透性裂纹，导致腐蚀介质从表面渗透至镀层/基体界面而腐蚀基体。

电镀硬铬工艺沉积速度慢（约25µm/h），镀0.2-0.3mm厚的镀层往往需要2-3天的时间，也不利于厚镀层的应用。

镀铬工艺还会有六价铬的产生，而含有六价铬的电镀废水对环境会产生很大影响。

钴铬碳化钨是常见的硬质合金，是一种具有高硬度、高耐磨耐蚀性、强抗氧化性的合金材料。

激光增材制造是重要的表面修复与再制造的工艺之一，它使用高功率激光束熔化沉积材料。由于激光沉积层与基体之间的冶金结合，二者界面处的结合强度要明显高于传统电镀涂层的界面强度。此外，利用激光增材制造制备的涂层还具有对基体的稀释率小，热影响区小，表面质量好的特点。

传统WC硬质合金涂层多为片状结构，本发明涂层内大多为重熔析出相，界面具有较好的强韧性，并且涂层厚度可由改变激光的能量密度，以及后期使用机械加工进行调控。

因此，本发明致力于开发一种能够代替电镀硬铬涂层的金属陶瓷硬质涂层制备工艺。采用Co作为粘结剂，制备Co基WC熔覆层。涂层冶金质量良好，组织分布均匀，且制备高效、便捷，并能够代替传统电镀硬铬工艺应用到零件表面。

发明内容

基于此，本发明提出了一种网络状的金属陶瓷硬质合金激光增材制造制备方法，使用激光增材制造技术在基体上打印金属陶瓷硬质涂层，获得组织致密，具有高硬度和良好耐磨性，且与基体合金结合良好的涂层。

本发明提供的一种网络状的金属陶瓷硬质合金激光增材制造制备方法，包括以下步骤：

（1）粉末的选用：在购置粉末时要选用粒径在45微米上下，颗粒饱满，球形度高，含氧量低的合金粉末。粉末成分设计为：WC：85-90mass%，Co：10-15mass%，Cr：1-4mass%，总的百分比为100mass%。

（2）基板的预处理：基板选取为合金结构钢。分别用320目和600目砂纸打磨基板表面至光滑，后放在无水乙醇溶液中，使用超声波清洗干净，取出擦干水分放在烘箱内烘干。

（3）涂层的制备：经送粉器将WC-Co-Cr粉末送入熔池，得到致密的硬质合金涂层。工艺参数如下：粉盘转速0.03r/min-0.6r/min，气流量3L/min-10L/min，光斑直径2mm-5mm，激光功率600W-1500W，扫描速度500-1500mm/min，搭接量为0.3-1.4mm。

（4）使用线切割机将试样沿垂直于涂层表面切开，用金相砂纸打磨至2000目并抛光，观察涂层截面，涂层没有明显孔洞、夹杂及裂纹，并与基体结合良好。