技术领域
[0001] 本
发明属于材料表面涂层制备领域，具体涉及一种具有合金纤维结构支撑的高强度复合涂层及其制备方法。
背景技术
[0002] 激光
熔覆技术是一种通过在基体表面添加熔覆材料，利用高能
密度激光束使之与基体表层一起融凝，从而形成具有特殊性能涂层的材料表面改性技术，可形成几微米至几毫米厚且较为均匀的强化涂层，针对性地提高材料表面性能。与常规
热处理相比，
激光熔覆能够进行局部处理，而且具有
工件变形小、冷却速度快、
合金元素消耗少、不需要淬火介质、工艺清洁无污染、易于实现自动化等优点，具有广阔的应用前景。
[0003] 为提高某些精密仪器的表面性能，采用激光熔覆技术在基材表面涂覆一层超薄涂层，但采用
现有技术得到的涂层与基体结合强度不高，易脱落，影响其使用寿命。采用
热喷涂制的的涂层与基体结合强度不高，空隙较多，工艺成本高，较难控制，污染较为严重；
[0004] 采用
冷喷涂制备得到的涂层与基体的结合方式为机械结合，结合强度低；采用热化学反应法制备的涂层不够紧密，结合强度也较低。相比之下，采用激光熔覆技术制备
涂层工艺简便、成本较低，环保无污染、涂层结合性能强，目前现有技术主要从改变熔覆参数、粉末配比等
角度来提高结合性能，所得涂层与基体的结合性能仍不够理想。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种具有合金纤维结构支撑的高强度复合涂层，是通过在基材表面制备具有合金纤维结构支撑的高强度复合涂层，进而提升涂层与基体的结合性能并改善涂层的其它性能，延长其使用寿命。
[0006] 本发明的另一个目的是提供上述具有合金纤维结构支撑的高强度复合涂层的制备方法。
[0007] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008] 一种具有合金纤维结构支撑的高强度复合涂层，其特征在于：在基材表面有复合涂层，该复合涂层的原材料由金属基体、多孔
阳极氧化
铝和合金粉末组成。
[0009] 所述的复合涂层厚度为0.4-1mm。
[0010] 上述具有合金纤维结构支撑的高强度复合涂层的制备方法，其步骤包括，[0011] (1)将由多孔阳极氧化铝置于基材表面，使用粘结剂将多孔阳极氧化铝粘结在基材表面。
[0012] (2)使用大功率激光对粘结有多孔阳极氧化铝的基材部位进行预热。
[0013] (3)将合金粉末置于
真空球磨机中充分
研磨，再放入同步送粉装置中。
[0014] (4)采用激光熔覆技术，激光垂直于步骤(1)中所述的粘结有多孔阳极氧化铝的基材表面部位扫描并同步送入步骤(3)中研磨好的合金粉末，扫描过程中同时使用惰性气体作为保护气体。
[0015] 优选的，该惰性气体为氩气
[0016] 所述步骤(1)中多孔阳极氧化铝孔间距为400nm-600nm，孔径200nm-400nm，厚度为15um-25um，粘结剂优选有机粘结剂。
[0017] 进一步优选的，步骤(1)中有机粘结剂为二丙
酮醇，其在激光熔覆过程中燃烧、
气化。
[0018] 本发明的优点和积极效果是：
[0019] 通过本制备方法得到的涂层，与基体材料良好
冶金结合，结合强度高，表面硬度高，熔覆层组织致密均匀，无明显气孔和裂纹，不易脱落。本制备方法工艺简便，生产成本低。
附图说明
[0020] 图1为试验所用的多孔阳极氧化铝扫描电镜(SEM)照片
[0021] 图2为具有合金纤维结构支撑的高强度复合涂层制备工艺示意图
[0022] 图3为制备所得具有合金纤维结构支撑的高强度复合涂层的剖面示意图具体实施方式
[0024] 一种具有合金纤维结构支撑的高强度复合涂层，
自下而上依次包括基体层、热影响区、结合区、合金粉末，其中合金粉末厚度h4为0.3-0.7mm，结合区厚度h3为0.2-0.5mm，热影响区h2为0.2-2mm。
[0025] 具体实施例一
[0026] 将GCr15
轴承钢基体(各元素
质量分数百分比，C1.02％，Si0.25％，Mn0.35％，Cr1.47％，Mo0.02％，S0.006％，P0.013％，Fe余量)，尺寸为40mm ×40mm×8mm，用1500粒度的SiC
砂纸研磨其表面，再用
乙醇对其表面进行
超声波清洗10min，以去除表面油污和氧化皮，吹干备用。作为试样1。
[0027] 将钴基合金粉末按照
原子个数百分比为C1.5-2％、Cr30-35％、B0.4-0.6％、 Si1-3％、Ni2-4％、Co40-60％、Mo1-3％、W5-7％、Fe2-4％比例称取，然后在球磨机中以250r/min转速将其混合均匀，得到颗粒尺寸为4-8um的钴基合金粉末，并将其置于送粉器中备用。
[0028] 将由多孔阳极氧化铝置于基材表面，使用二丙酮醇将多孔阳极氧化铝粘结在基材表面。
[0029] 采用
半导体激光器，光斑直径为3mm，以功率P＝600w，扫描速度v＝200mn/min 对基体部位进行预热，以降低
温度梯度。
[0030] 使用上述激光器对(4)中经过预热的基体表面进行熔覆，制备涂层，工艺参数以：激光束垂直于工件表面扫描，激光功率为1800w，扫描速度 600mm/min-800mm/min，送粉率为10g/min-15g/min，平行轨道重叠分数为30％，以氩气作为保护气体，进行激光熔覆。将所得到的涂层试样标记为试样2。
[0031] 只更改粉末配比，合金粉末按照原子个数百分比为C1.58％、Cr17.35％、 B0.1％、Si1.1％、Ni3％、Co68％、Mo2.0％、W6％、Fe2.1％比例称取，其余参数不变，重复上述制备工艺，得到试样3。
[0032] 除不添加多孔阳极氧化铝外，其余参数与试样2制备参数相同，得到不含多孔氧化铝的涂层，标记为试样4。
[0033] 除不添加多孔阳极氧化铝外，其余参数与试样3制备参数相同，得到不含多孔氧化铝的涂层，标记为试样5。
[0034] 具体实施例二
[0035] 将45钢，尺寸为40mm×40mm×8mm，用1500粒度的SiC砂纸研磨其表面，再用乙醇对其表面进行
超声波清洗10min，以去除表面油污和氧化皮，吹干备用。并作为试样6。
[0036] 将镍基合金粉末(化学成分质量分数为C0.6-1.0％、Cr14-19％、 B2.0-4.0％、Si3.0-4.5、Fe＜13％、Ni其余)在球磨机中以250r/min转速将其混合均匀，得到颗粒尺寸为4-8um的镍基合金粉末，并将其置于送粉器中备用。
[0037] 将由多孔阳极氧化铝置于基材表面，使用二丙酮醇将多孔阳极氧化铝粘结在基材表面。
[0038] 采用与实例一中相同的激光器，以光斑直径为3mm，激光功率为600w，扫描速度为200mm/min的工作参数对粘结有多孔氧化铝的基体部位进行预热，以降低温度梯度。
[0039] 使用上述激光器对经过预热的基体表面进行熔覆，制备涂层，工艺参数：激光束垂直于工件表面扫描，激光功率为2700w，扫描速度为 600mm/min-800mm/min，送粉率为8g/min-12g/min，平行轨道重叠分数为30％，以氩气作为保护气体。将所得到的试样标记为试样7。
[0040] 只更改粉末配比，合金粉末按照原子个数百分比为C0.6-1.0％、Cr27-34％、 B2.0-4.0％、Si3.0-4.5％、Fe＜13％、Ni其余，其余参数不变，重复上述工艺，得到试样8。
[0041] 除不添加多孔阳极氧化铝外，其余参数与试样7制备参数相同，得到不含多孔氧化铝的涂层，得到试样9。
[0042] 除不添加多孔阳极氧化铝外，其余参数与试样8制备参数相同，得到不含多孔氧化铝的涂层，得到试样10。
[0043] 使用线切割，将上述试样制成剪切小试样，在液压式万能材料试验机上使用剪切法对所制备的试样涂层进行剪切实验，以测量涂层与基体的结合强度。
[0044] 使用维氏硬度仪依次测定各个试样的硬度，压
力为2N，保荷时间15s。测 10组数据，去掉最大值和最小值后取平均值。
[0045] 在磨损机上测
耐磨性，利用STM-2F销-盘式摩擦磨损试验机直接测得各试样的
摩擦系数，在10N
载荷，200r/min转速下，磨损10min，利用称重法测得试样的磨损量。
[0046] 各试样性能参数如表一所示
[0047]
[0048] 表一
[0049] 由表一可以看出，相比于基材，有涂层的试样经激光熔覆后的综合性能得到较大提升(试样2、试样3、试样4和试样5相比于试样1，试样7、试样8、试样9和试样10相比于试样6)。而相比于制备时没有添加多孔氧化铝的涂层试样，有多孔氧化铝的涂层试样在结合强度、涂层表面硬度等方面均得到较大提升(试样2相比于试样4，试样3相比于试样5，试样7相比于试样9，试样8 相比于试样10)。最后，优选试样2的制备工艺参数为最佳工艺参数。
[0050] 从显微结构来看，制备时添加多孔氧化铝的涂层稀释率更低，因氧化铝的多孔存在，其结合区的晶粒更为致密均匀且多呈竖直方向排布，这可能是导致含有多孔氧化铝的涂层硬度较高和结合强度较高的原因。
[0051] 因为钴基合金热
稳定性好，且其在
熔化时有较好
润湿性，均匀铺散在基体和多孔氧化铝之间，获得较好的结合强度，提升了涂层的致密性。又因为Co与 C生成稳定的
固溶体，且弥散分布有CrC等
碳化物和CrB等
硼化物，所以导致含有钴基合金的涂层的综合机械性能好于镍基合金涂层。
[0052] 以上所述为本发明的实例而已，但本发明不应该局限于该实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开精神下完成的等效或
修改，均落入本发明保护的范围内。
