[发明专利]激光熔覆用核壳结构复合微粉及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种激光熔覆用核壳结构复合微粉及其制备方法和应用，激光熔覆用核壳结构复合微粉包括铁基合金以及弥散在铁基合金内的微纳粉体；微纳粉体包括碳化钨、碳化铬、碳化硅、氧化铬、氧化锆、氮化钒、氮化硅中的至少一种；微纳粉体的平均粒径为50‑400nm；微纳粉体占激光熔覆用核壳结构复合微粉的质量百分比为0.5～20.0％。本发明的激光熔覆用核壳结构复合微粉将预制的增强相微纳粉体包裹于基础材料铁基合金中，有助于激光熔覆涂层中增强相与基础材料铁基合金的结合度，充分发挥其增强和耐磨作用。

技术领域

本发明涉及激光加工材料技术领域，特别涉及一种激光熔覆用核壳结构复合微粉及其制备方法，以及上述激光熔覆用核壳结构复合微粉的应用。

背景技术

激光熔覆作为一种新兴的、快速发展的表面工程技术，在表面改性、强化、再制造等方面获得了广泛应用。相比热喷涂、等离子熔覆等技术，激光熔覆不仅与基材形成了冶金结合，还避免了高热输入对基材造成严重的热影响。尤其是，随着高速、超高速熔覆技术的兴起，激光熔覆更是被称为“激光喷涂”，既保留了常规熔覆的冶金结合优势，还兼具热喷涂技术低粗糙度表面的优势，引起了更多关注。众多研究人员纷纷开拓激光熔覆的应用场景，拓宽其应用领域。

要获得高性能熔覆层，离不开熔覆设备的进步和相对应的新型熔覆材料的应用。目前，铁基合金、镍基合金熔覆微粉已广泛应用于液压支架、轧辊等零部件的表面熔覆强化，取得了优异的使用效果。相比金属材料，复合材料、尤其是金属基复合材料因其兼具金属优异的力学性能和增强相(一般为陶瓷相)的高硬度和高耐磨等性能而受到广泛关注。例如，Ni-60wt.％WC复合粉体已在钻探装备强化方面获得了成功应用，取得了良好的应用效果。然而，过大的WC增强相难以进行切削、磨制等机加工，限制了其在精密部件的应用。

一般来说，随着复合材料中增强相的尺寸越小，相应材料的力学性能将得到明显优化。因此，纳米增强复合材料、微纳增强复合材料已在固态法、液态法、喷涂喷射沉积法和原位复合法所制备的块体复合材料中获得了广泛应用。然而，微纳、尤其纳米尺度增强强存在表面活性高，易团聚、粘附等问题，不用满足现有熔覆过程的送粉要求。因此，如能开发新型复合材料微粉，有望进一步推进激光熔覆技术进步。

为了获得高性能激光熔覆复合材料熔覆层，专利申请CN202210928114.7公开了一种激光熔覆用合金粉是一种混合物，其重要成分是司太立3(Stellite3)硬质合金微粉，还包括了铜粉和钛碳化硅(Ti3SiC2)陶瓷微粉等，在提高耐磨性、降低摩擦系数的同时，还提高了抗高温氧化性。专利申请CN202010449993.6公开了一种在铜及铜合金表面激光熔覆制备铜基金刚石颗粒增强复合涂层，将铬/银双镀层金刚石颗粒与紫铜粉物理混合，用于激光熔覆操作。这种将不同微粉进行物理混合方法，受送粉流动性要求和混合均匀性的要求，对掺混的改性微粉有最小粒径限制，很难实现对改性微粉用量和均匀性的有效调控。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种激光熔覆用核壳结构复合微粉，采用本发明的激光熔覆用核壳结构复合微粉的激光处理的表面耐磨性能好。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种激光熔覆用核壳结构复合微粉，所述激光熔覆用核壳结构复合微粉包括铁基合金以及弥散在铁基合金内的微纳粉体；所述铁基合金中各元素质量百分比为：C，0.5～1.5％；Si，0.2～1.2％；Cr，2.0～12％；Mo，3.0～10.0％；Mn，0.2～3.0％；Ni，0.2～5.0％；余量为Fe；所述微纳粉体包括碳化钨、碳化铬、碳化硅、氧化铬、氧化锆、氮化钒、氮化硅中的至少一种；所述微纳粉体的平均粒径为50-400nm；所述微纳粉体占所述激光熔覆用核壳结构复合微粉的质量百分比为0.5～20.0％。

进一步的，所述激光熔覆用核壳结构复合微粉的粒径为10～100μm。