阅读说明：本技术 一种高耐蚀亚微-纳米晶Fe基激光熔覆层及其制备方法 (High-corrosion-resistance submicron-nanocrystalline Fe-based laser cladding layer and preparation method thereof ) 是由 张辉 饶伟锋 肖光春 赵伟 白雪 于 2020-07-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高耐蚀亚微-纳米晶Fe基激光熔覆层及其制备方法,本发明高耐蚀亚微-纳米晶Fe基激光熔覆层制备方法,在基材上采用激光熔覆的方法制备熔覆层,激光熔覆采用的合金粉末由还原铁粉、钒铁粉及石墨粉组成,钒铁粉采用FeV50,合金粉末中钒碳原子摩尔比为1：1.5-1：1.7。本发明制得的高耐蚀亚微-纳米晶Fe基激光熔覆层中碳化钒的纳米化以及熔覆层Fe基体的亚微米化,使得熔覆层耐蚀性显著提升。(The invention discloses a high corrosion resistance submicron-nanocrystalline Fe-based laser cladding layer and a preparation method thereof, the preparation method of the high corrosion resistance submicron-nanocrystalline Fe-based laser cladding layer is characterized in that a laser cladding method is adopted on a base material to prepare the cladding layer, alloy powder adopted by laser cladding consists of reduced iron powder, ferrovanadium powder and graphite powder, the ferrovanadium powder adopts FeV50, and the molar ratio of vanadium to carbon atoms in the alloy powder is 1: 1.5-1: 1.7. the nanocrystallization of vanadium carbide and the submicron of the Fe matrix of the cladding layer in the high-corrosion-resistance submicron-nanocrystalline Fe-based laser cladding layer prepared by the method obviously improve the corrosion resistance of the cladding layer.)

一种高耐蚀亚微-纳米晶Fe基激光熔覆层及其制备方法

技术领域

本发明涉及激光熔覆技术领域，尤其涉及一种高耐蚀亚微-纳米晶Fe基激光熔覆层及其制备方法。

背景技术

激光熔覆技术，是指利用高能激光束在基材表面熔化所添加材料，形成一层与基材呈冶金结合的高性能熔覆层。激光熔覆成套设备价格不菲，熔覆材料成本成为需重点考虑的问题，制备价廉性优熔覆层成为该项技术获得广泛应用的关键。Fe基熔覆粉末价格优势明显，但其耐蚀性有待提高。VC增强Fe基复合激光熔覆层具有较佳的耐磨性，但其耐蚀性相对较差。通过合金化方式可提高Fe基体腐蚀电位，但由此带来粉末成本的增加。通过调控粉末粒径与熔覆工艺细化熔覆层组织，可明显提高VC/Fe熔覆层耐蚀性与强韧性。

齐鲁工业大学种凯在论文《原位自生TiC-VC增强Fe基激光熔覆层组织细化及其性能研究》中公开了一种熔覆合金粉末，熔覆合金粉末由26.00wt.％的钛铁粉、16.57wt.％的钒铁粉、6.23wt.％的石墨及51.20wt.％的还原铁粉组成。当石墨粒径减小时，原位自生反应获得的碳化物的粒径随之减小，但容易出现聚集现象，从而影响熔覆层基体晶粒细化，平均晶粒尺寸只能达到1.79μm。

本发明要解决的技术问题是：提供一种高耐蚀亚微-纳米晶Fe基激光熔覆层，以及提供一种高耐蚀亚微-纳米晶Fe基激光熔覆层制备方法，以获得高耐蚀Fe基复合熔覆层。

为了解决上述技术问题，本发明高耐蚀亚微-纳米晶Fe基激光熔覆层制备方法，在基材上采用激光熔覆的方法制备熔覆层，激光熔覆采用的合金粉末由还原铁粉、钒铁粉及石墨粉组成，钒铁粉采用FeV50，合金粉末中钒碳原子摩尔比为1：1.5-1：1.7。

优选的，所采用的合金粉末为梯度粒径合金粉末，其中还原铁粉粒径范围为75μm-150μm，其平均粒径为110μm，钒铁粉粒径范围为23μm-38μm，其平均粒径为30μm，石墨粉粒径范围为8μm-12μm，其平均粒径为10μm，合金粉末组成为：61.54wt.％还原铁粉，32.36wt.％钒铁粉FeV50，6.10wt.％石墨粉。

优选的，先将合金粉末在V型混粉机混合2小时；再将混合好的合金粉末通过水玻璃作为粘结剂预置在基材表面，得到预置层，所述预置层的厚度为0.4mm-0.6mm。

优选的，采用脉冲激光对预置层进行熔覆，脉冲激光占空比90％-95％，激光脉冲频率4400Hz-4600Hz。

优选的，所述的激光功率800W-1000W，光斑直径2.0mm，激光扫描速度10mm/s-15mm/s，对熔覆点喷射的保护氩气流量10L/min。

本发明高耐蚀亚微-纳米晶Fe基激光熔覆层，采用前述任何一项高耐蚀亚微-纳米晶Fe基激光熔覆层制备方法制得。

本发明有益效果：本发明制得的高耐蚀亚微-纳米晶Fe基激光熔覆层，熔覆层中碳化钒的纳米化以及熔覆层Fe基体的亚微米化，使得熔覆层耐蚀性显著提高。尤其是在采用梯度粒径合金粉末，以脉冲激光进行熔覆，在特定的激光比能量条件下，熔覆层中所得原位自生碳化钒95％以上的粒径能达到纳米尺度，熔覆层Fe基体平均粒径尺寸达亚微米超细晶尺度；所得熔覆层硬度相比低碳钢提高600HV0.2以上；所得熔覆层耐腐蚀性约为低碳钢基材的21倍以上。

附图说明

图1为本

具体实施方式

所获得熔覆层光学显微形貌像；

图2为本发明具体实施例所获得熔覆层扫描电镜二次电子形貌像；

图3为本发明具体实施例所获得熔覆层透射电子显微镜明场像；

图4为本发明具体实施例所获得熔覆层透射电子显微镜高分辨晶格像；

图5为本发明具体实施例所获得熔覆层与低碳钢基材横截面显微硬度分布曲线；

图6为本发明具体实施例所获得熔覆层与低碳钢基材在3.5wt.％NaCl溶液中动电位极化曲线。

具体实施例

本具体实施例依下述方法制备熔覆层：

在基材上采用激光熔覆的方法制备熔覆层，激光熔覆采用的合金粉末组成为：61.54wt.％还原铁粉，32.36wt.％钒铁粉(FeV50)，6.10wt.％石墨粉；钒碳原子摩尔比为1:1.6。

据此合金粉末还原铁粉粒径范围为75μm-150μm，其平均粒径为110μm，钒铁粉粒径范围为23μm-38μm，其平均粒径为30μm，石墨粉粒径范围为8μm-12μm，其平均粒径为10μm。先将合金粉末在V型混粉机混合2小时；再将混合好的合金粉末通过水玻璃作为粘结剂预置在基材表面，预制层厚度0.5mm。

在低碳钢基材上采用激光熔覆的方法制备熔覆层，激光熔覆工艺：

采用脉冲波激光，激光功率850W，激光光斑直径2.0mm，激光占空比95％，激光脉冲频率4500Hz，激光扫描速度12mm/s，对熔覆点喷射的氩气流量10L/min。

本具体实施例获得的熔覆层组织与性能见图1-图6。图1为本具体实施例所获得熔覆层光学显微形貌像，可以看出熔覆层为板条马氏体组织，经分析熔覆层Fe基体平均晶粒尺寸为0.90μm。图2为熔覆层扫描电镜二次电子形貌像，经分析碳化物平均粒径为53nm，熔覆层中所得原位自生碳化钒95％以上的粒径达到纳米尺度。图3与图4分别为熔覆层透射电子显微镜明场像与高分辨晶格像，可确定熔覆层中原位自生所得的纳米碳化物为V₆C₅。图5为熔覆层与低碳钢基材横截面显微硬度分布曲线，熔覆层平均显微硬度为770HV0.2，低碳钢基材为165HV0.2。图6为熔覆层与低碳钢基材在3.5wt.％NaCl溶液中所测得的动电位极化曲线。表1为该极化曲线拟合结果，由腐蚀速率可知所得熔覆层耐蚀性为低碳钢基材的21.6倍。

表1熔覆层与低碳钢极化曲线拟合结果

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。