一种用于连续式光纤激光表面合金化的钴基金属合金粉末

摘要

一种用于连续式光纤激光表面合金化的钴基金属合金粉末，属于一种合金粉末。该合金粉末按重量百分比计，含有20-25％二氧化钛，3-6％氧化铈，8-12％氧化铝，1-4％硅，5-8％铋，余量为钴和不可避免的杂质。该钴基金属合金粉末，专用于高能连续光纤激光器的表面合金化过程，形成的合金化层组织致密，无气孔、裂纹、缩孔等缺陷，并具有高硬度、高耐腐蚀性等优异的金属学性能。解决了现有连续式激光表面合金化工艺存在的激光的吸收效率偏低(30-40％)，表面合金层容易出现裂纹、气孔等缺陷，而且其金属性能满足不了工艺生产需要的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金粉末，特别是指一种用于连续式光纤激光表面合金化的钴基金属 合金粉末。

背景技术

激光表面合金化是一种金属材料表面局部改性处理的新方法，其原理是在高能激光束 的照射下，基体金属材料表面与添加的合金元素或化合物同时熔化，混合，在液化层的扩 散作用和表面张力效应等物理现象的影响下，熔化层在很短时间内形成具有要求深度 (10～1000μm)和化学成分的表面合金化层。激光合金化层就其完整性和与基体金属的 结合强度而言是有其特殊性的。合金化层与基体之间可以形成纯粹的冶金结合，因而保证 了极强的结合力。对基体的影响甚小，由于热效应也只发生在1～2mm的范围内，因此， 工件不会发生很大的变形。激光表面合金化的工艺过程简单、效率高，可以使材料表面获 得各种合金材料的优越性能，节约大量稀有和贵重的元素。

在激光表面合金化过程中，合金化粉末的选择是非常重要的一个环节。除了要达到所 需要的材料性能如合金层硬度、耐磨性、耐蚀性、抗氧化性能等外，还必须考虑在激光作 用下合金化材料与基体金属熔体的相互作用，即它们溶解形成化合物的可能性、浸润性、 线膨胀系数和比容等，以保证满意的合金化效果。

现有连续式激光表面合金化工艺存在的不足之处是：激光的吸收效率偏低(30-40％)， 表面合金层容易出现裂纹、气孔等缺陷，而且其金属性能满足不了工艺生产的需要。

发明内容

本发明的目的是要提供一种用于连续式光纤激光表面合金化的钴基金属合金粉末，解 决现有连续式激光表面合金化工艺存在的激光的吸收效率偏低(30-40％)，表面合金层容 易出现裂纹、气孔等缺陷，而且其金属性能满足不了工艺生产需要的问题。

实现本发明目的的技术方案是：一种用于连续光纤激光合金化的钴基合金粉末，按重 量百分比计，含有20-25％二氧化钛，3-6％氧化铈，8-12％氧化铝，1-4％硅，5-8％铋， 余量为钴；按比例取样，粉碎后，配制成200-300目的钴基金属合金粉末。

所述钴基合金粉末的优选重量百分比为：23％二氧化钛，3％氧化铈，11％氧化铝，4％ 硅，7％铋，余量为钴。

有益效果：本发明所述的钴基金属合金粉末，在连续式光纤激光合金化过程中，对连 续光纤激光具有较高的吸收率；形成合金化层的组织致密，无裂纹、缩孔、缩松、气孔等 缺陷，并具有高硬度、高耐腐蚀性等优异的金属学性能；合金化前后无需热处理过程，工 序简便、环保。解决了现有连续式激光表面合金化工艺存在的激光的吸收效率偏低 (30-40％)，表面合金层容易出现裂纹、气孔等缺陷，而且其金属性能满足不了工艺生产 需要的问题。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述:

本发明的用于连续光纤激光合金化的钴基合金粉末，按重量百分比计，含有20-25％ 二氧化钛，3-6％氧化铈，8-12％氧化铝，1-4％硅，5-8％铋，余量为钴。

优选重量配比为：23％二氧化钛，3％氧化铈，11％氧化铝，4％硅，7％铋，余量为 钴。

本发明所述的钴基金属合金粉末中各成分的作用分别如下：

钴(Co)元素：作为合金粉末的骨料，在合金化时彻底熔融，与熔融状态的金属基材 一同形成激光熔池，以供其他元素或化合物在熔池中均匀分布后凝固成合金化层。

二氧化钛(TiO₂)：是一种具有良好热稳定性和化学稳定性的金属氧化物材料，可用 作光催化剂、光电材料、催化剂载体、复合材料中的填充剂或惰性组分等；有利于提高本 发明的钴基金属合金粉末对激光的吸收率。

氧化铈(CeO₂)：该添加材料具有独特的还原性和传递性，并具有良好的耐摩擦性和 很低的化学腐蚀性，对表面具有良好的磨光效果，也有益于提高合金粉末对连续式光纤激 光的吸收效果。

氧化铝(Al₂O₃)：具有较好的机械强度和热稳定性、价格低廉等特点；线膨胀系数较 低，可降低合金粉末的热胀系数和表面合金化层的开裂敏感性；可增强合金粉末对连续式 光纤激光的吸收效果，从而可以减少激光器的功率输出，提高能源的利用率。

铋(Bi)元素：属于低熔点材料，可用于降低合金粉末的熔点，减少能量消耗。

硅(Si)元素：在合金粉末中起自行脱氧和造渣的作用，可以与进入熔池的氧元素优 先形成硅酸盐，覆盖于熔池表面，防止液态金属过度氧化；还能降低合金的熔点，改善熔 体对基体金属的润湿能力，对合金的流动性及表面张力产生有利的影响；有利于提高表面 合金化层的硬度和耐磨损能力。

实施例1：将按重量百分比为20％二氧化钛，3％氧化铈，8％氧化铝，1％硅，5％铋， 余量为钴的比例称取500g样品、经粉碎、制样后，配制得到200-300目的钴基金属合金 粉末。

实施例2：将按重量百分比为25％二氧化钛，6％氧化铈，12％氧化铝，4％硅，8％ 铋，余量为钴的比例称取500g样品、经粉碎、制样后，配制得到200-300目的钴基金属 合金粉末。

实施例3：将按重量百分比为23％二氧化钛，3％氧化铈，11％氧化铝，4％硅，7％ 铋，余量为钴的比例称取500g合金样品、经粉碎、制样后，配制得到200-300目的钴基 金属合金粉末。

由实施例3配制得到的钴基金属合金粉末，在1600W连续光纤激光功率，光斑尺寸 10mm²，扫描速度22mm/s，送粉速率25g/min等工艺条件下，对基材为45号钢的工件表 面进行激光合金化处理，检测结果如下表所示：