專利名稱：一種發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣門用激光熔覆涂層材料及其涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種涂層材料及其涂層，尤其涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣門用激光熔覆 涂層材料及其涂層，屬于材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光熔覆亦稱激光包覆或激光熔敷，是一種新的表面改性技術(shù)。涉及到光、機(jī)、電、 材料、檢測(cè)與控制等多門學(xué)科，是激光先進(jìn)制造技術(shù)最重要的核心技術(shù)之一。由于該技術(shù)制 備的熔覆層可以顯著改善基體表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗高溫氧化和抗疲勞等綜合性能， 從而達(dá)到表面改性或修復(fù)的目的，既滿足了對(duì)材料表面特定性能的要求，又節(jié)約了大量的 貴重元素。與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與 基體結(jié)合好、適合熔覆材料多等優(yōu)點(diǎn)。激光熔覆在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料經(jīng)激光幅照使之和基體表 面一薄層同時(shí)熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低，與基體成冶金結(jié)合的表面涂層，顯著改 善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法，從而達(dá)到表面改性或修復(fù) 的目的，既滿足了對(duì)材料表面特定性能的要求，又節(jié)約了大量的貴重元素。激光熔覆與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、 涂層與基體結(jié)合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點(diǎn)，因此激光熔覆技術(shù)應(yīng)用前 景十分廣闊。由于激光熔覆是一種新型的覆層技術(shù)，號(hào)稱汽車心臟的發(fā)動(dòng)機(jī)，多數(shù)零部件表面 要求耐高溫、耐磨損、耐腐蝕性，采用激光熔覆在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣門上可形成具有優(yōu)良的耐 磨、耐熱性合金涂層。但是目前應(yīng)用廣泛的激光熔覆材料(如鎳基、鈷基、鐵基合金、碳化 鎢復(fù)合材料等)都不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣門耐高溫的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的激光熔覆材料所存在的缺陷，提供一種不僅表面硬度 高，耐磨性強(qiáng)，而且具有耐高溫作用的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣門用激光熔覆涂層材料。本發(fā)明的目的可通過下列技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣門用激光熔覆 涂層材料，該材料由以下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分組成Ni 15 30% ；C 0. 5 2. 0% ；Si 2. 5 4. 0% ；Fe 5 15% ；W 3. 5 6. 5% ； Cr 12 20% ；納米 Al 0. 15 0. 40% ；Y2O3 0. 5 2. 0% ；余量為 Co。本發(fā)明與現(xiàn)有堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積等涂層技術(shù)不同，它采用激光熔覆技術(shù) 在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣門基體表面制備陶瓷顆粒增強(qiáng)涂層，在上述材料中采用的納米Al的粒徑 是lO-lOOnm。本發(fā)明的材料快速熔化后凝固在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣門表面形成特定陶瓷顆粒增 強(qiáng)復(fù)合涂層，在金相顯微鏡下觀察，涂層的典型組織為細(xì)小的陶瓷相亞共晶介穩(wěn)組織，陶瓷 相顆粒< 2. 8 μ m，細(xì)小彌散的陶瓷相顆粒使得發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣門能夠始于高溫環(huán)境。在上述的發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣門用激光熔覆涂層材料，作為優(yōu)選，該材料由以下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分組成Ni 18 25% ；C 0. 9 1. 6% ；Si 2. 7 3. 4% ；Fe :8 11% ；W 4. 5 5. 5% ； Cr 13 18% ；納米 Al 0. 17 0. 37% ；Y2O3 0. 6 1. 2% ；余量為 Co。進(jìn)一步的優(yōu)選，該材料由以下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分組成Ni 18 25% ；C 1. 2 1. 5% ；Si 3. 0 3. 2% ；Fe 9 10% ；W 4. 8 5. 2% ； Cr 14 16% ；納米 Al 0. 25 0. 35% ；Y2O3 0. 8 1. 0% ；余量為 Co。此外本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣門用陶瓷相顆粒增強(qiáng)鈷 基涂層，該涂層在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣門基體上采用預(yù)置式激光熔覆或同步式激光熔覆上述 的材料制成。激光熔覆按熔覆材料的供給方式大概可分為兩大類，即預(yù)置式激光熔覆和同步式 激光熔覆。其中預(yù)置式激光熔覆如圖1所示，同步式激光熔覆如圖2所示。預(yù)置式激光熔覆是將本發(fā)明的激光熔覆涂層材料事先置于基體表面的熔覆部位， 然后采用激光束輻照掃描熔化，熔覆材料以粉末形式加入。同步式激光熔覆則是將激光熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同時(shí)完 成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入。其中預(yù)置式激光熔覆的主要工藝流程為基材熔覆表面預(yù)處理一預(yù)置熔覆材 料一預(yù)熱一激光熔化一后熱處理。同步式激光熔覆的主要工藝流程為基材熔覆表 面預(yù)處理---送料激光熔化---后熱處理。本發(fā)明采用的激光器為現(xiàn)有普通的CO2激光器， 固體激光器。本發(fā)明采用激光熔覆制備的發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣門用陶瓷相顆粒增強(qiáng)鈷基涂層厚度可以控制0. 1-1. 0mm，此鈷基合金涂層與基體形成了界面冶金結(jié)合，起到增強(qiáng)基體的作用， 提高表面硬度O 320HV)，具有很強(qiáng)的耐磨性；陶瓷相顆粒<2.8 μ m，細(xì)小彌散的陶瓷相顆 粒使得進(jìn)、排氣門能夠適于高溫環(huán)境。由于這種發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣門的表面層是用激光熔覆處 理，并通過高能激光束快速熔化，使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣門外表面一定深度的基體快速熔化后凝 固形成特定的陶瓷顆粒增強(qiáng)復(fù)合涂層。涂層與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣門基體是冶金結(jié)構(gòu)，在外力作 用下不會(huì)發(fā)生脫落或剝離。綜上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明的材料以Co為主體的涂層原材料中添加Ni、Cr、Y2O3和納米Al粉等化 學(xué)成分，配方合理，可以在涂層內(nèi)部形成多種固溶強(qiáng)化相。2、本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣門用涂層采用激光熔覆技術(shù)將鈷基合金涂層熔融在 進(jìn)、排氣門基體表面，通過冶金結(jié)合起到增強(qiáng)基體的作用，提高表面硬度，具有很強(qiáng)的耐磨 性；陶瓷相顆粒< 2.8μπι，細(xì)小彌散的陶瓷相顆粒使得發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣門能夠適于高溫環(huán)
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圖1是本發(fā)明預(yù)置式激光熔覆示意圖。圖2是本發(fā)明同步式激光熔覆示意圖。圖中，1、激光束；12、熔池；13、涂層材料粉末層；2、激光器；21、送粉器；3、發(fā)動(dòng)機(jī)
進(jìn)、排氣門基體。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明；但 是本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。表1 實(shí)施例1-6中涂層材料化學(xué)成分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)(％ )

C0 I余量I余量I余量I余量I余量I余量其中納米Al顆粒的粒徑為10-100nm。將實(shí)施例1-6材料的化學(xué)成分采用普通技術(shù)制成鈷基合金粉末(具體參考 CNlOl187022A)應(yīng)用實(shí)施例1如圖1所示在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣門基體3上用預(yù)置法添加由實(shí)施例1制備的鈷基合 金粉末形成涂層材料粉末層13，其中用聚乙稀醇水溶液作為粘結(jié)劑，將粉末與其混合均勻 調(diào)成糊狀涂覆于基體上，然后用激光束1熔覆涂層材料粉末層13于基體3上，在激光熔覆 的同時(shí)，用氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)熔池。所得到的鈷基合金涂層與基體形成了界面冶金結(jié)合，起到 增強(qiáng)基體的作用，提高表面硬度(》320HV)，具有很強(qiáng)的耐磨性；陶瓷相顆粒< 2.8μπι，細(xì) 小彌散的陶瓷相顆粒使得進(jìn)、排氣門能夠適于高溫環(huán)境。應(yīng)用實(shí)施例2如圖2所示對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣門基體基體3熔覆表面進(jìn)行預(yù)處理，將由實(shí)施例1 制備的鈷基合金粉末裝入送粉器21中，邊送料邊用激光器2激光熔覆成熔覆涂層，熔覆后 進(jìn)行熱處理。所得到的鈷基合金涂層與基體形成了界面冶金結(jié)合，起到增強(qiáng)基體的作用，提 高表面硬度O 320HV)，具有很強(qiáng)的耐磨性；陶瓷相顆粒<2.8 μ m，細(xì)小彌散的陶瓷相顆粒 使得進(jìn)、排氣門能夠適于高溫環(huán)境。應(yīng)用實(shí)施例3-6采用的是實(shí)施例3-6制備的鈷基合金粉末，其它過程同實(shí)施例1，不再贅述。
本發(fā)明采用的激光器為CO2激光器，激光器或激光束產(chǎn)生的激光功率為2. 0KW，其 它工藝過程采用現(xiàn)有普通技術(shù)。本發(fā)明中所描述的具體實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說(shuō)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替 代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。盡管對(duì)本發(fā)明已作出了詳細(xì)的說(shuō)明并引證了一些具體實(shí)施例，但是對(duì)本領(lǐng)域熟練 技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，只要不離開本發(fā)明的精神和范圍可作各種變化或修正是顯然的。
權(quán)利要求
一種發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣門用激光熔覆涂層材料，該材料由以下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分組成Ni15～30％；C0.5～2.0％；Si2.5～4.0％；Fe5～15％；W3.5～6.5％；Cr12～20％；納米Al0.15～0.40％；Y2O30.5～2.0％；余量為Co。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣門用激光熔覆涂層材料，其特征在于該材 料由以下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分組成Ni 18 25% ；C 0. 9 1. 6% ；Si 2. 7 3. 4% ；Fe :8 11% ；W 4. 5 5. 5% ；Cr 13 18% ；納米 Al 0. 17 0. 37% ；Y2O3 0. 6 1. 2% ；余量為 Co。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣門用激光熔覆涂層材料，其特征在于 該材料由以下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分組成Ni 20 22% ；C 1. 2 1. 5% ；Si 3. 0 3. 2% ；Fe 9 10% ；W 4. 8 5. 2% ；Cr 14 16% ；納米 Al 0. 25 ~ 0. 35% ；Y2O3 :0. 8 1. 0% ；余量為 Co。
4.一種發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣門用涂層，其特征在于該涂層在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣門基體上 采用預(yù)置式激光熔覆或同步式激光熔覆如權(quán)利要求1或2所述的材料制成。
5.一種發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣門用涂層，其特征在于該涂層在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣門基體上 采用預(yù)置式激光熔覆或同步式激光熔覆如權(quán)利要求3所述的材料制成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣門用激光熔覆涂層材料及其涂層，屬于材料技術(shù)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有的激光熔覆材料不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣門耐高溫要求的問題。本發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣門用激光熔覆涂層材料由以下質(zhì)量百分比的化學(xué)成分組成Ni15～30％；C0.5～2.0％；Si2.5～4.0％；Fe5～15％；W3.5～6.5％；Cr12～20％；納米Al0.15～0.40％；Y2O30.5～2.0％；余量為Co。本發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣門用激光熔覆涂層材料熔融在進(jìn)、排氣門基體表面，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣門的表面硬度，具有很強(qiáng)的耐磨性，使得發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣門能夠適于高溫環(huán)境。
文檔編號(hào)C23C24/10GK101838807SQ20101014959
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者劉強(qiáng), 曾紹連, 李書福, 楊健, 趙福全, 邢蕊蕊, 金建偉, 馬芳武 申請(qǐng)人:浙江吉利汽車研究院有限公司;浙江吉利控股集團(tuán)有限公司