一種TiCFeAl基耐磨涂層的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)是一種TiCFeAl基耐磨涂層的制備方法。該TiCFeAl基耐磨涂層的制備方法包括以下步驟：(1)將一定粒度大小的Fe粉、Al粉、Ti粉和C粉按一定比例放入混料機(jī)里充分混合；(2)將混合均勻的Fe-Al-Ti-C粉末放置在干燥爐內(nèi)干燥；(3)熔覆時(shí)，將熔覆粉末通過(guò)送粉裝置，送到激光作用區(qū)的母材表面，在氬氣的保護(hù)下，使用光纖激光器制備TiC/FeAl基耐磨涂層。針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種工藝簡(jiǎn)單，涂層硬度高、耐磨性能好，原位合成陶瓷相TiC，且彌散分布在FeAl基體上，熔合后無(wú)裂紋，與母材具有良好冶金結(jié)合的TiCFeAl基耐磨涂層的制備方法。
【專利說(shuō)明】—種TiCFeAI基耐磨涂層的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)是一種TiCFeAl基耐磨涂層的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]激光熔覆是采用同步送粉、預(yù)置涂覆、同軸送粉的方式，將熔覆的粉末置于母材表面，通過(guò)高能量密度激光作用，使母材表面薄層和合金粉末同時(shí)熔化，通過(guò)在熔池內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，形成新的增強(qiáng)相，同時(shí)快速冷凝時(shí)與基體實(shí)現(xiàn)良好冶金結(jié)合，獲得具有優(yōu)良力學(xué)性能的改性熔覆層。熔覆層稀釋度極低(僅5%?8%)，具有與基體完全不同的合金成分，熱穩(wěn)定性好、硬度高、耐磨、耐腐蝕性好。
[0003]激光熔覆是一種新型的金屬材料表面加工、修復(fù)技術(shù)，近年來(lái)受到越來(lái)越多的重視，得到了迅猛的發(fā)展。它是采用高能量密度的激光束作為熱源，通過(guò)非接觸方式，對(duì)材料表面進(jìn)行加工，通過(guò)改變材料表面成分及組織結(jié)構(gòu)，獲得具有特殊性能的涂層，彌補(bǔ)基體本身性能的不足，同時(shí)將熔覆層和基體母材兩者的優(yōu)勢(shì)得以發(fā)揮。由于具有技術(shù)先進(jìn)、工藝簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、涂層性能優(yōu)良等特點(diǎn)，通過(guò)激光熔覆技術(shù)，材料表面獲得具有某種特殊性能的復(fù)合涂層，使得材料表面性能進(jìn)一步提高，并且還能用于對(duì)受損的零部件進(jìn)行修善，進(jìn)而延長(zhǎng)使用壽命，己經(jīng)成為在各個(gè)領(lǐng)域非常重要的表面強(qiáng)化技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種工藝簡(jiǎn)單，涂層硬度高、耐磨性能好，原位合成陶瓷相TiC，且彌散分布在FeAl基體上，熔合后無(wú)裂紋，與母材具有良好冶金結(jié)合的TiCFeAl基耐磨涂層的制備方法。
[0005]本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種TiCFeAl基耐磨涂層的制備方法，包括以下步驟:
[0007](I)、將一定粒度大小的Fe粉、Al粉、Ti粉和C粉按一定比例放入混料機(jī)里充分混合；
[0008](2)、將混合均勻的Fe-Al-T1-C粉末放置在干燥爐內(nèi)干燥；
[0009](3)、熔覆時(shí)，將熔覆粉末通過(guò)送粉裝置，送到激光作用區(qū)的母材表面，在氬氣的保護(hù)下，使用光纖激光器制備TiC/FeAl基耐磨涂層。
[0010]所述步驟⑴中Fe粉、Al粉、Ti粉、C粉的粒度大小分別為100目、200目的、100目、100 目，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 42wt % > 28wt % > 24wt % > 6wt % ?
[0011]所述步驟⑴中在混料機(jī)中混合時(shí)間在3-5小時(shí)之間。
[0012]所述步驟⑵中在干燥爐內(nèi)的干燥爐內(nèi)溫度在30°C _50°C之間。
[0013]所述步驟(3)中的送粉裝置采用可以實(shí)現(xiàn)不同角度連續(xù)、自動(dòng)送粉的送粉器，送粉率為40-60g/min，送粉氣體氣壓范圍為O?IMPa，載氣流量為2_4L/min將熔覆粉末采用同軸送粉的方式送到激光作用區(qū)。
[0014]所述步驟(3)中的所述光纖激光器為光纖激光加工器，激光功率為激光功率2.2kff,光斑直徑5_7mm，掃描速度4_6mm/s。
[0015]所述送粉器內(nèi)的載氣體為工業(yè)氬氣。
[0016]所述步驟(I)中在混料機(jī)中混合時(shí)間為4小時(shí)。
[0017]所述步驟⑵中在干燥爐內(nèi)的干燥爐內(nèi)溫度為40°C。
[0018]所述步驟(3)中的母材為Q235鋼。
[0019]本發(fā)明所帶來(lái)的有益效果是:
[0020]本發(fā)明中，一種TiCFeAl基耐磨涂層的制備方法的原理是利用激光熔覆結(jié)合同軸送粉的方法，通過(guò)優(yōu)化粉末成分配比、激光功率及激光掃描速度，選取最佳的粉末配比和工藝參數(shù)，制備性能優(yōu)良的TiC/FeAl基耐磨涂層。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):(I)采用該方法制備的涂層原位合成的增強(qiáng)彌散分布，硬度高、耐磨性能好；(2)激光熔覆設(shè)備容易操作，激光功率、激光掃描速度可精確控制，制備工藝簡(jiǎn)單、成本低，利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化；(3)采用該方法制備的原位自生TiC/FeAl基涂層與母材具有良好的冶金結(jié)合；(4) TiC/FeAl基涂層性能優(yōu)異，其維氏硬度，達(dá)到1896HV與Q235鋼相比，提高了 6倍。磨損率為0.00108%，耐磨性能提高了 48.5倍。本發(fā)明是提高材料表面硬度及耐磨性的有效手段，具有良好的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)意義。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0023]圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例的復(fù)合材料物相分析的XRD分析圖譜。
[0025]圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例、第二實(shí)施例和第三實(shí)施例制備的復(fù)合材料硬度的曲線圖。
[0026]圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例、第二實(shí)施例和第三實(shí)施例制備的復(fù)合材料相對(duì)耐磨性的曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】及附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步描述，但這些實(shí)施例并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍:
[0028]實(shí)施例一:
[0029]作為本發(fā)明所述TiCFeAl基耐磨涂層的制備方法的實(shí)施例，如圖1所示，包括以下步驟:
[0030](I)、將一定粒度大小的Fe粉、Al粉、Ti粉和C粉按一定比例放入混料機(jī)里充分混合；
[0031 ] (2)、將混合均勻的Fe-Al-T1-C粉末放置在干燥爐內(nèi)干燥；
[0032](3)、熔覆時(shí)，將熔覆粉末通過(guò)送粉裝置，送到激光作用區(qū)的母材表面，在氬氣的保護(hù)下，使用光纖激光器制備TiC/FeAl基耐磨涂層。
[0033]本實(shí)施例中，所述步驟⑴中Fe粉、Al粉、Ti粉、C粉的粒度大小分別為100目、200 目的、100 目、100 目，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 42wt%、28wt%、24wt%、6wt%。
[0034]本實(shí)施例中，所述步驟⑴中在混料機(jī)中混合時(shí)間為4小時(shí)。
[0035]本實(shí)施例中，所述步驟(2)中在干燥爐內(nèi)的干燥爐內(nèi)40°C恒溫干燥20min。
[0036]本實(shí)施例中，所述步驟(3)中的送粉裝置采用可以實(shí)現(xiàn)不同角度連續(xù)、自動(dòng)送粉的送粉器，送粉率為50g/min，送粉氣體氣壓范圍為0.5MPa，載氣流量為3L/min將熔覆粉末采用同軸送粉的方式送到激光作用區(qū)。
[0037]本實(shí)施例中，所述步驟(3)中的所述光纖激光器為光纖激光加工器，激光功率為激光功率2.2kff,光斑直徑6mm，掃描速度5mm/s，搭接率為40%。
[0038]本實(shí)施例中，所述送粉器內(nèi)的載氣體為工業(yè)氬氣。
[0039]本實(shí)施例中，所述步驟(3)中的母材為Q235鋼。
[0040]實(shí)施例二:
[0041]作為本發(fā)明所述TiCFeAl基耐磨涂層的制備方法的實(shí)施例，與實(shí)施例一的區(qū)別在于，本實(shí)施例中，所述步驟⑴中在混料機(jī)中混合時(shí)間為3小時(shí)。所述步驟(2)中在干燥爐內(nèi)的干燥爐內(nèi)30°C恒溫干燥20min。所述步驟(3)中的送粉裝置采用可以實(shí)現(xiàn)不同角度連續(xù)、自動(dòng)送粉的送粉器，送粉率為40g/min，送粉氣體氣壓范圍為OMPa，載氣流量為2L/min將熔覆粉末采用同軸送粉的方式送到激光作用區(qū)。所述步驟(3)中的所述光纖激光器為光纖激光加工器，激光功率為激光功率2.2kff,光斑直徑5mm，掃描速度4mm/s，搭接率為40%。
[0042]本實(shí)施例中，其余步驟及有益效果均與實(shí)施例一一致，這里不再一一贅述。
[0043]實(shí)施例三:
[0044]作為本發(fā)明所述TiCFeAl基耐磨涂層的制備方法的實(shí)施例，與實(shí)施例一的區(qū)別在于，本實(shí)施例中，所述步驟⑴中在混料機(jī)中混合時(shí)間為5小時(shí)。所述步驟(2)中在干燥爐內(nèi)的干燥爐內(nèi)50°C恒溫干燥20min。所述步驟(3)中的送粉裝置采用可以實(shí)現(xiàn)不同角度連續(xù)、自動(dòng)送粉的送粉器，送粉率為60g/min，送粉氣體氣壓范圍為IMPa，載氣流量為4L/min將熔覆粉末采用同軸送粉的方式送到激光作用區(qū)。所述步驟(3)中的所述光纖激光器為光纖激光加工器，激光功率為激光功率2.2kff,光斑直徑7mm，掃描速度6mm/s，搭接率為40%。
[0045]本實(shí)施例中，其余步驟及有益效果均與實(shí)施例一一致，這里不再一一贅述。
[0046]圖1為第一實(shí)施例制備出的TiCFeAl基耐磨涂層的微觀結(jié)構(gòu)，從圖中可以看出涂層表面無(wú)宏觀裂紋，原位合成的增強(qiáng)體彌散分布，與母材具有良好的冶金結(jié)合。
[0047]圖2為第二實(shí)施例制備的原位復(fù)合材料的XRD成分圖，從圖中可以看出，熔覆層主要由原位合成的TiC增強(qiáng)體及基體FeAl組成。
[0048]圖3為第一實(shí)施例、第二實(shí)施例和第三實(shí)施例獲得的TiCFeAl基耐磨涂層的硬度曲線圖，從圖中可以看出三種實(shí)施例制備的涂層的硬度都有提高，其中第三實(shí)施例中的復(fù)合材料硬度最高，其硬度值達(dá)到了 2028HV。
[0049]圖4為第一實(shí)施例、第二實(shí)施例和第三實(shí)施例獲得的原位復(fù)合材料的相對(duì)耐磨性曲線圖，從圖中可以看出三種實(shí)施例制備的TiC/FeAl原位復(fù)合涂層耐磨性都相應(yīng)提高，其中第三實(shí)施例中的耐磨性能最好，磨損率達(dá)到0.0108%。證明激光熔覆制備TiC/FeAl原位復(fù)合涂層具有良好的耐磨性能。
[0050]按本發(fā)明方法制備的TiC/FeAl原位復(fù)合涂層與母材具有良好冶金結(jié)合，其硬度高，磨損率低；可用于制備和修復(fù)易磨損零部件，制備工藝簡(jiǎn)單、綠色清潔環(huán)保，原材料無(wú)浪費(fèi)，成本低，利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化。
【權(quán)利要求】
1.一種TiCFeAl基耐磨涂層的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)、將一定粒度大小的Fe粉、Al粉、Ti粉和C粉按一定比例放入混料機(jī)里充分混合； (2)、將混合均勻的Fe-Al-T1-C粉末放置在干燥爐內(nèi)干燥； (3)、熔覆時(shí)，將熔覆粉末通過(guò)送粉裝置，送到激光作用區(qū)的母材表面，在氬氣的保護(hù)下，使用光纖激光器制備TiC/FeAl基耐磨涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的TiCFeAl基耐磨涂層的制備方法，其特征在于所述步驟(I)中Fe粉、Al粉、Ti粉、C粉的粒度大小分別為100目、200目的、100目、100目，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 42wt %、28wt%、24wt%、6wt%。
3.如權(quán)利要求1所述的TiCFeAl基耐磨涂層的制備方法，其特征在于所述步驟(I)中在混料機(jī)中混合時(shí)間在3-5小時(shí)之間。
4.如權(quán)利要求1所述的TiCFeAl基耐磨涂層的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中在干燥爐內(nèi)的干燥爐內(nèi)溫度在30 V -50 V之間。
5.如權(quán)利要求1所述的TiCFeAl基耐磨涂層的制備方法，其特征在于所述步驟(3)中的送粉裝置采用可以實(shí)現(xiàn)不同角度連續(xù)、自動(dòng)送粉的送粉器，送粉率為40-60g/min，送粉氣體氣壓范圍為O?IMPa，載氣流量為2-4L/min將熔覆粉末采用同軸送粉的方式送到激光作用區(qū)。
6.如權(quán)利要求1所述的TiCFeAl基耐磨涂層的制備方法，其特征在于所述步驟(3)中的所述光纖激光器為光纖激光加工器，激光功率為激光功率2.2kff,光斑直徑5-7_，掃描速度 4_6mm/ s。
7.如權(quán)利要求5所述的TiCFeAl基耐磨涂層的制備方法，其特征在于所述送粉器內(nèi)的載氣體為工業(yè)IS氣。
8.如權(quán)利要求3所述的TiCFeAl基耐磨涂層的制備方法，其特征在于所述步驟(I)中在混料機(jī)中混合時(shí)間為4小時(shí)。
9.如權(quán)利要求4所述的TiCFeAl基耐磨涂層的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中在干燥爐內(nèi)的干燥爐內(nèi)溫度為40°C。
10.如權(quán)利要求1所述的TiCFeAl基耐磨涂層的制備方法，其特征在于所述步驟(3)中的母材為Q235鋼。
【文檔編號(hào)】C22C32/00GK104233288SQ201410471556
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】趙龍志 申請(qǐng)人:華東交通大學(xué)