CN119307910A - 一种用于激光熔覆的铁基TiC陶瓷复合合金粉末 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于激光熔覆的铁基TiC陶瓷复合合金粉末，包括40‑60%的Fe基合金粉末和40‑60%的TiC，合金粉末的粒径为53‑150μm，TiC为粒径53‑150μm的非球形硬质颗粒粉末。本发明的目的是提供一种用于激光熔覆的铁基TiC陶瓷复合合金粉末，使得激光熔覆层有高的耐磨性和一定的耐腐蚀性，并且材料成本低，在无预热和后热的条件下即可获得无裂纹或极少裂纹、表面平整美观的激光熔覆层。

Description

一种用于激光熔覆的铁基TiC陶瓷复合合金粉末

技术领域

本发明涉及激光熔覆粉末领域，尤其涉及一种用于激光熔覆的铁基TiC陶瓷复合合金粉末。

背景技术

激光熔覆技术是一种先进的激光增材制造技术；激光熔覆是指以一定的方法将粉末预置于基体材料表面，然后激光熔化之；或者采用自动送粉器将待熔覆粉末输送到基材表面的激光熔池内，经激光熔化后，使之和基体表面熔合，形成低稀释度的与基体呈冶金结合的表面熔覆层的工艺过程；与传统的表面涂层技术，如常规堆焊、火焰喷焊和等离子喷焊等热加工技术以及电镀、电刷镀等技术相比，激光熔覆技术具有涂层与基体结合牢固、熔覆层成分稀释率小、工件热变形小和熔覆层晶粒细小等优点；激光熔覆技术在最近几年获得了快速发展。

激光熔覆技术目前应用于零件表面用于提高零件表面的耐磨性和耐腐蚀性等性能，为了显著提高表面性能，尤其是耐磨性，激光熔覆目前采用的材料绝大多数为镍基合金粉末+碳化钨粉末（即：Ni基合金粉末+WC粉末），采用镍基合金而不是采用铁基合金作为碳化钨硬质颗粒粘接剂的原因在于镍基合金与碳化钨熔合性好，可以获得没有裂纹或较少裂纹的激光熔覆层，而如果采用铁基合金作为碳化钨硬质颗粒粘接剂，获得的激光熔覆层有着较高的裂纹率使得在激光熔覆层工作过程中容易与零件基体分离，导致零件失效。激光熔覆采用镍基合金粉末+碳化钨粉末这种材料的主要缺点在于镍基合金和碳化钨均属于贵重合金，这样使得激光熔覆采用的材料成本高，在一定程度上阻碍了激光熔覆技术的广泛应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于激光熔覆的铁基TiC陶瓷复合合金粉末，使得激光熔覆层有高的耐磨性和一定的耐腐蚀性，并且材料成本低，在无预热和后热的条件下即可获得无裂纹或极少裂纹、表面平整美观的激光熔覆层。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种用于激光熔覆的铁基TiC陶瓷复合合金粉末，包括40-60%的Fe基合金粉末和40-60%的TiC，合金粉末的粒径为53-150μm，TiC为粒径53-150μm的非球形硬质颗粒粉末。

优选的，铁基合金粉末质量百分数为：0.04-0.10%的碳（C）；16-18%的铬（Cr）；0.5-0.99%的硼（B）；0.4-0.99%的硅（Si）；余量为铁（Fe），其重量之和为100%。

优选的，铁基TiC陶瓷复合合金粉末制备方法，包括如下步骤：

步骤一、采用感应加热雾化制粉的方式获得铁基合金粉末；

步骤二、将步骤一得到的铁基合金粉末和粒径为53-150μm的非球形碳化钛硬质颗粒粉末按质量百分比机械混合均匀，得到铁基TiC陶瓷复合合金粉末。

将按上述方法获得的粉末在保护气体（氩气或氮气）作用下进行激光熔覆，获得没有裂纹或极少裂纹的激光熔覆耐磨涂层。

优选的，步骤一的感应加热雾化制粉是将工业纯铁、硼铁、硅铁和微碳铬铁按质量百分比配料，然后在感应加热炉中加热熔化成合金熔液，然后采用气雾化或水雾化的方式把合金熔液变成铁基合金粉末，然后筛分，获得的合金粉末的粒径为53-150μm。

碳化钛具有高的熔点、沸点和硬度，且硬度仅次于金刚石，目前碳化钛常被用于制造金属陶瓷、硬质合金、耐热合金和抗磨材料等。相比较于硬质耐磨材料碳化钨，碳化钛具有两个重要优点：（1）非球形碳化钛价格便宜，不到非球形碳化钨价格的1/2；（2）碳化钛与廉价铁基合金熔合性好；铁基合金的价格大约仅相当于镍基合金价格的1/5，这就使得激光熔覆采用铁基合金粉末+非球形碳化钛粉末这种材料的成本明显低于采用镍基合金粉末+碳化钨粉末这种材料的成本，有利于激光熔覆耐磨涂层的广泛应用。

由于制造工艺的难度不同，球形硬质颗粒的成本远高于非球形硬质颗粒，目前非球形TiC市场价格大约130元/公斤，而球形TiC市场价格超过600元/公斤，本申请采用非球形粒径为53-150μm的TiC硬质颗粒粉末，成本低，且与铁基合金粉末熔合性好，在形成激光熔覆耐磨涂层后具有良好的耐磨性和一定的耐腐蚀性能。

低碳低硼低硅的设计是为了保证碳化钛硬质颗粒之间的粘接金属铁基合金有良好的韧性，使得激光熔覆复合涂层无裂纹或者裂纹很少，当然，硼和硅还起着降低熔点、提高涂层的流平性和脱氧造渣的作用，较高含量的铬起着提高涂层耐腐蚀性的目的，而较高含量的碳化钛硬质颗粒则起着提高涂层耐磨性的目的。

本发明（铁基合金粉末+非球形碳化钛粉末）相比现有激光熔覆耐磨涂层使用材料（镍基合金粉末+碳化钨粉末）具有如下优点：由于铁基合金相对镍基合金以及非球形碳化钛相对非球形碳化钨成本明显降低，因此本发明相对市场现有产品成本明显降低，而激光熔覆耐磨涂层的性能（耐磨性和裂纹率等）相当。

附图说明

图1为产品形貌（球形FeCrBSi合金粉末+非球形TiC粉末）图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

以下实施例均选用的是低碳低硼低硅铁基粉末，铁基合金粉末质量百分数为：0.04-0.10%的碳（C）；16-18%的铬（Cr）；0.5-0.99%的硼（B）；0.4-0.99%的硅（Si）；余量为铁（Fe），其重量之和为100%。

实施例1

一种用于激光熔覆的铁基TiC陶瓷复合合金粉末，包括40%的Fe基合金粉末和60%的TiC，合金粉末的粒径为53-150μm，TiC为非球形粒径为53-150μm的硬质颗粒粉末。

铁基TiC陶瓷复合合金粉末制备方法，包括如下步骤：

步骤一、采用感应加热雾化制粉的方式获得铁基合金粉末，即将工业纯铁、硼铁、硅铁和微碳铬铁按质量百分比配料，然后在感应加热炉中加热熔化成合金熔液，然后采用气雾化或水雾化的方式把合金熔液变成铁基合金粉末，然后筛分，获得的合金粉末的粒径为53-150μm；

步骤二、将步骤一得到的铁基合金粉末和粒径为53-150μm的非球形碳化钛硬质颗粒粉末按质量百分比机械混合均匀，得到铁基TiC陶瓷复合合金粉末。

将按上述方法获得的粉末在保护气体（氩气或氮气）作用下进行激光熔覆，获得没有裂纹或极少裂纹的激光熔覆耐磨涂层。

实施例2

一种用于激光熔覆的铁基TiC陶瓷复合合金粉末，包括50%的Fe基合金粉末和50%的TiC，合金粉末的粒径为53-150μm，TiC为非球形粒径为53-150μm的硬质颗粒粉末。

铁基TiC陶瓷复合合金粉末制备方法，包括如下步骤：

步骤一、采用感应加热雾化制粉的方式获得铁基合金粉末，即将工业纯铁、硼铁、硅铁和微碳铬铁按质量百分比配料，然后在感应加热炉中加热熔化成合金熔液，然后采用气雾化或水雾化的方式把合金熔液变成铁基合金粉末，然后筛分，获得的合金粉末的粒径为53-150μm；

步骤二、将步骤一得到的铁基合金粉末和粒径为53-150μm的非球形碳化钛硬质颗粒粉末按质量百分比机械混合均匀，得到铁基TiC陶瓷复合合金粉末。

将按上述方法获得的粉末在保护气体（氩气或氮气）作用下进行激光熔覆，获得没有裂纹或极少裂纹的激光熔覆耐磨涂层。

实施例3

一种用于激光熔覆的铁基TiC陶瓷复合合金粉末，包括60%的Fe基合金粉末和40%的TiC，合金粉末的粒径为53-150μm，TiC为非球形粒径为53-150μm的硬质颗粒粉末。

铁基TiC陶瓷复合合金粉末制备方法，包括如下步骤：

步骤一、采用感应加热雾化制粉的方式获得铁基合金粉末，即将工业纯铁、硼铁、硅铁和微碳铬铁按质量百分比配料，然后在感应加热炉中加热熔化成合金熔液，然后采用气雾化或水雾化的方式把合金熔液变成铁基合金粉末，然后筛分，获得的合金粉末的粒径为53-150μm；

步骤二、将步骤一得到的铁基合金粉末和粒径为53-150μm的非球形碳化钛硬质颗粒粉末按质量百分比机械混合均匀，得到铁基TiC陶瓷复合合金粉末。

将按上述方法获得的粉末在保护气体（氩气或氮气）作用下进行激光熔覆，获得没有裂纹或极少裂纹的激光熔覆耐磨涂层。

本发明（FeCrBSi+非球形TiC）与市场现有产品（NiCrBSi+WC）的成本与性能对比如下表所示：

由上表可见，本发明相对市场现有产品在主要性能（涂层耐磨性）大致相当的情况下，成本有了明显降低，可以在激光熔覆耐磨涂层领域获得广泛应用，值得推广。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于激光熔覆的铁基TiC陶瓷复合合金粉末，其特征在于，包括40-60%的Fe基合金粉末和40-60%的TiC，合金粉末的粒径为53-150μm，TiC为粒径53-150μm的非球形硬质颗粒粉末。

2.根据权利要求1所述的一种用于激光熔覆的铁基TiC陶瓷复合合金粉末，其特征在于，铁基合金粉末质量百分数为：0.04-0.10%的碳（C）；16-18%的铬（Cr）；0.5-0.99%的硼（B）；0.4-0.99%的硅（Si）；余量为铁（Fe），其重量之和为100%。

3.如权利要求1所述的一种用于激光熔覆的铁基TiC陶瓷复合合金粉末制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、采用感应加热雾化制粉的方式获得铁基合金粉末；

步骤二、将步骤一得到的铁基合金粉末和粒径为53-150μm的非球形碳化钛硬质颗粒粉末按质量百分比机械混合均匀，得到铁基TiC陶瓷复合合金粉末。

4.根据权利要求3所述的一种用于激光熔覆的铁基TiC陶瓷复合合金粉末制备方法，其特征在于，步骤一的感应加热雾化制粉是将工业纯铁、硼铁、硅铁和微碳铬铁按质量百分比配料，然后在感应加热炉中加热熔化成合金熔液，然后采用气雾化或水雾化的方式把合金熔液变成铁基合金粉末，然后筛分，获得的合金粉末的粒径为53-150μm。