一種TiCFeAl基耐磨塗層的製備方法
2023-05-02 21:04:01
一種TiCFeAl基耐磨塗層的製備方法
【專利摘要】本發明涉及材料【技術領域】，具體地說是一種TiCFeAl基耐磨塗層的製備方法。該TiCFeAl基耐磨塗層的製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裡充分混合；(2)將混合均勻的Fe-Al-Ti-C粉末放置在乾燥爐內乾燥；(3)熔覆時，將熔覆粉末通過送粉裝置，送到雷射作用區的母材表面，在氬氣的保護下，使用光纖雷射器製備TiC/FeAl基耐磨塗層。針對上述現有技術，本發明提供一種工藝簡單，塗層硬度高、耐磨性能好，原位合成陶瓷相TiC，且彌散分布在FeAl基體上，熔合後無裂紋，與母材具有良好冶金結合的TiCFeAl基耐磨塗層的製備方法。
【專利說明】—種TiCFeAI基耐磨塗層的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及材料【技術領域】，具體地說是一種TiCFeAl基耐磨塗層的製備方法。
【背景技術】
[0002]雷射熔覆是採用同步送粉、預置塗覆、同軸送粉的方式，將熔覆的粉末置於母材表面，通過高能量密度雷射作用，使母材表面薄層和合金粉末同時熔化，通過在熔池內發生反應，形成新的增強相，同時快速冷凝時與基體實現良好冶金結合，獲得具有優良力學性能的改性熔覆層。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，熱穩定性好、硬度高、耐磨、耐腐蝕性好。
[0003]雷射熔覆是一種新型的金屬材料表面加工、修復技術，近年來受到越來越多的重視，得到了迅猛的發展。它是採用高能量密度的雷射束作為熱源，通過非接觸方式，對材料表面進行加工，通過改變材料表面成分及組織結構，獲得具有特殊性能的塗層，彌補基體本身性能的不足，同時將熔覆層和基體母材兩者的優勢得以發揮。由於具有技術先進、工藝簡單、自動化程度高、塗層性能優良等特點，通過雷射熔覆技術，材料表面獲得具有某種特殊性能的複合塗層，使得材料表面性能進一步提高，並且還能用於對受損的零部件進行修善，進而延長使用壽命，己經成為在各個領域非常重要的表面強化技術。
【發明內容】
[0004]針對上述現有技術，本發明提供一種工藝簡單，塗層硬度高、耐磨性能好，原位合成陶瓷相TiC，且彌散分布在FeAl基體上，熔合後無裂紋，與母材具有良好冶金結合的TiCFeAl基耐磨塗層的製備方法。
[0005]本發明是通過下述技術方案實現的:
[0006]一種TiCFeAl基耐磨塗層的製備方法，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裡充分混合；
[0008](2)、將混合均勻的Fe-Al-T1-C粉末放置在乾燥爐內乾燥；
[0009](3)、熔覆時，將熔覆粉末通過送粉裝置，送到雷射作用區的母材表面，在氬氣的保護下，使用光纖雷射器製備TiC/FeAl基耐磨塗層。
[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，質量分數分別為 42wt % > 28wt % > 24wt % > 6wt % ?
[0011]所述步驟⑴中在混料機中混合時間在3-5小時之間。
[0012]所述步驟⑵中在乾燥爐內的乾燥爐內溫度在30°C _50°C之間。
[0013]所述步驟(3)中的送粉裝置採用可以實現不同角度連續、自動送粉的送粉器，送粉率為40-60g/min，送粉氣體氣壓範圍為O?IMPa，載氣流量為2_4L/min將熔覆粉末採用同軸送粉的方式送到雷射作用區。
[0014]所述步驟(3)中的所述光纖雷射器為光纖雷射加工器，雷射功率為雷射功率2.2kff,光斑直徑5_7mm，掃描速度4_6mm/s。
[0015]所述送粉器內的載氣體為工業氬氣。
[0016]所述步驟(I)中在混料機中混合時間為4小時。
[0017]所述步驟⑵中在乾燥爐內的乾燥爐內溫度為40°C。
[0018]所述步驟(3)中的母材為Q235鋼。
[0019]本發明所帶來的有益效果是:
[0020]本發明中，一種TiCFeAl基耐磨塗層的製備方法的原理是利用雷射熔覆結合同軸送粉的方法，通過優化粉末成分配比、雷射功率及雷射掃描速度，選取最佳的粉末配比和工藝參數，製備性能優良的TiC/FeAl基耐磨塗層。
[0021]本發明的優點:(I)採用該方法製備的塗層原位合成的增強彌散分布，硬度高、耐磨性能好；(2)雷射熔覆設備容易操作，雷射功率、雷射掃描速度可精確控制，製備工藝簡單、成本低，利於實現工業生產自動化；(3)採用該方法製備的原位自生TiC/FeAl基塗層與母材具有良好的冶金結合；(4) TiC/FeAl基塗層性能優異，其維氏硬度，達到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，具有良好的應用前景和經濟意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]以下結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0023]圖1為本發明第一實施例的複合材料微觀結構圖。
[0024]圖2為本發明第二實施例的複合材料物相分析的XRD分析圖譜。
[0025]圖3為本發明第一實施例、第二實施例和第三實施例製備的複合材料硬度的曲線圖。
[0026]圖4為本發明第一實施例、第二實施例和第三實施例製備的複合材料相對耐磨性的曲線圖。
【具體實施方式】
[0027]下面通過【具體實施方式】及附圖對本發明的內容進行進一步描述，但這些實施例並不限制本發明的保護範圍:
[0028]實施例一:
[0029]作為本發明所述TiCFeAl基耐磨塗層的製備方法的實施例，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裡充分混合；
[0031 ] (2)、將混合均勻的Fe-Al-T1-C粉末放置在乾燥爐內乾燥；
[0032](3)、熔覆時，將熔覆粉末通過送粉裝置，送到雷射作用區的母材表面，在氬氣的保護下，使用光纖雷射器製備TiC/FeAl基耐磨塗層。
[0033]本實施例中，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，質量分數分別為 42wt%、28wt%、24wt%、6wt%。
[0034]本實施例中，所述步驟⑴中在混料機中混合時間為4小時。
[0035]本實施例中，所述步驟(2)中在乾燥爐內的乾燥爐內40°C恆溫乾燥20min。
[0036]本實施例中，所述步驟(3)中的送粉裝置採用可以實現不同角度連續、自動送粉的送粉器，送粉率為50g/min，送粉氣體氣壓範圍為0.5MPa，載氣流量為3L/min將熔覆粉末採用同軸送粉的方式送到雷射作用區。
[0037]本實施例中，所述步驟(3)中的所述光纖雷射器為光纖雷射加工器，雷射功率為雷射功率2.2kff,光斑直徑6mm，掃描速度5mm/s，搭接率為40%。
[0038]本實施例中，所述送粉器內的載氣體為工業氬氣。
[0039]本實施例中，所述步驟(3)中的母材為Q235鋼。
[0040]實施例二:
[0041]作為本發明所述TiCFeAl基耐磨塗層的製備方法的實施例，與實施例一的區別在於，本實施例中，所述步驟⑴中在混料機中混合時間為3小時。所述步驟(2)中在乾燥爐內的乾燥爐內30°C恆溫乾燥20min。所述步驟(3)中的送粉裝置採用可以實現不同角度連續、自動送粉的送粉器，送粉率為40g/min，送粉氣體氣壓範圍為OMPa，載氣流量為2L/min將熔覆粉末採用同軸送粉的方式送到雷射作用區。所述步驟(3)中的所述光纖雷射器為光纖雷射加工器，雷射功率為雷射功率2.2kff,光斑直徑5mm，掃描速度4mm/s，搭接率為40%。
[0042]本實施例中，其餘步驟及有益效果均與實施例一一致，這裡不再一一贅述。
[0043]實施例三:
[0044]作為本發明所述TiCFeAl基耐磨塗層的製備方法的實施例，與實施例一的區別在於，本實施例中，所述步驟⑴中在混料機中混合時間為5小時。所述步驟(2)中在乾燥爐內的乾燥爐內50°C恆溫乾燥20min。所述步驟(3)中的送粉裝置採用可以實現不同角度連續、自動送粉的送粉器，送粉率為60g/min，送粉氣體氣壓範圍為IMPa，載氣流量為4L/min將熔覆粉末採用同軸送粉的方式送到雷射作用區。所述步驟(3)中的所述光纖雷射器為光纖雷射加工器，雷射功率為雷射功率2.2kff,光斑直徑7mm，掃描速度6mm/s，搭接率為40%。
[0045]本實施例中，其餘步驟及有益效果均與實施例一一致，這裡不再一一贅述。
[0046]圖1為第一實施例製備出的TiCFeAl基耐磨塗層的微觀結構，從圖中可以看出塗層表面無宏觀裂紋，原位合成的增強體彌散分布，與母材具有良好的冶金結合。
[0047]圖2為第二實施例製備的原位複合材料的XRD成分圖，從圖中可以看出，熔覆層主要由原位合成的TiC增強體及基體FeAl組成。
[0048]圖3為第一實施例、第二實施例和第三實施例獲得的TiCFeAl基耐磨塗層的硬度曲線圖，從圖中可以看出三種實施例製備的塗層的硬度都有提高，其中第三實施例中的複合材料硬度最高，其硬度值達到了 2028HV。
[0049]圖4為第一實施例、第二實施例和第三實施例獲得的原位複合材料的相對耐磨性曲線圖，從圖中可以看出三種實施例製備的TiC/FeAl原位複合塗層耐磨性都相應提高，其中第三實施例中的耐磨性能最好，磨損率達到0.0108%。證明雷射熔覆製備TiC/FeAl原位複合塗層具有良好的耐磨性能。
[0050]按本發明方法製備的TiC/FeAl原位複合塗層與母材具有良好冶金結合，其硬度高，磨損率低；可用於製備和修復易磨損零部件，製備工藝簡單、綠色清潔環保，原材料無浪費，成本低，利於實現工業生產自動化。
【權利要求】
1.一種TiCFeAl基耐磨塗層的製備方法，其特徵在於包括以下步驟: (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裡充分混合； (2)、將混合均勻的Fe-Al-T1-C粉末放置在乾燥爐內乾燥； (3)、熔覆時，將熔覆粉末通過送粉裝置，送到雷射作用區的母材表面，在氬氣的保護下，使用光纖雷射器製備TiC/FeAl基耐磨塗層。
2.如權利要求1所述的TiCFeAl基耐磨塗層的製備方法，其特徵在於所述步驟(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，質量分數分別為 42wt %、28wt%、24wt%、6wt%。
3.如權利要求1所述的TiCFeAl基耐磨塗層的製備方法，其特徵在於所述步驟(I)中在混料機中混合時間在3-5小時之間。
4.如權利要求1所述的TiCFeAl基耐磨塗層的製備方法，其特徵在於所述步驟(2)中在乾燥爐內的乾燥爐內溫度在30 V -50 V之間。
5.如權利要求1所述的TiCFeAl基耐磨塗層的製備方法，其特徵在於所述步驟(3)中的送粉裝置採用可以實現不同角度連續、自動送粉的送粉器，送粉率為40-60g/min，送粉氣體氣壓範圍為O?IMPa，載氣流量為2-4L/min將熔覆粉末採用同軸送粉的方式送到雷射作用區。
6.如權利要求1所述的TiCFeAl基耐磨塗層的製備方法，其特徵在於所述步驟(3)中的所述光纖雷射器為光纖雷射加工器，雷射功率為雷射功率2.2kff,光斑直徑5-7_，掃描速度 4_6mm/ s。
7.如權利要求5所述的TiCFeAl基耐磨塗層的製備方法，其特徵在於所述送粉器內的載氣體為工業IS氣。
8.如權利要求3所述的TiCFeAl基耐磨塗層的製備方法，其特徵在於所述步驟(I)中在混料機中混合時間為4小時。
9.如權利要求4所述的TiCFeAl基耐磨塗層的製備方法，其特徵在於所述步驟(2)中在乾燥爐內的乾燥爐內溫度為40°C。
10.如權利要求1所述的TiCFeAl基耐磨塗層的製備方法，其特徵在於所述步驟(3)中的母材為Q235鋼。
【文檔編號】C22C32/00GK104233288SQ201410471556
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月15日 優先權日:2014年9月15日
【發明者】趙龍志 申請人:華東交通大學