鐳射熔覆原位反應法製備碳化鎢陶瓷塗層

碳化鎢(WC)為黑色六方晶體，碳位於鎢晶格的間隙當中，形成間隙固溶體，具有耐磨、耐熱、耐蝕以及與基體材料的潤濕性好等一系列優點。碳化鎢(WC)陶瓷具有優越的高溫性能和磨損性能，是硬質合金和熱噴塗材料中的主要增強相。

作為增強相，由於碳化鎢(WC)難於原位生成，故現有技術中的鐳射熔覆工藝製備金屬基碳化鎢(WC)陶瓷顆粒耐磨塗層的方法通常是外加法，即將陶瓷顆粒直接加入熔池中，或者將陶瓷顆粒與金屬粉末預先充分混合後進行鐳射熔覆。這類方法不僅成本較高、工藝較複雜，而且由於外加陶瓷相與基體相的物性參數差異較大，使得陶瓷顆粒與基體之間 的相容性較差，結合不良。這些問題嚴重制約著碳化鎢(WC)顆粒增強金屬基耐磨塗層的發展。

原位自生技術是指在材料的複合過程中通過一定的物理化學反應生成預期的增強相，也就是說增強相不是外加的，而是在材料複合過程中形成的。相比于外加增強體製備技術，原位自生獲得的增強體熱力學性能穩定、與基體之間為冶金結合、工藝簡單、成本低。有學者將鐳射熔覆技術和原位自生技術的結合來製備碳化鎢陶瓷塗層，其過程如下：

合金粉末的成分及百分品質比分別為：鎢粉 60％、石墨8％、還原鐵粉27％、鉻粉1％、鎳粉3％、硼粉0.5％、矽粉0.5％、銅粉0.5％、氧化鈰0.5％。

1、鐳射熔覆碳化鎢陶瓷顆粒增強金屬基塗層：採用Q235 鋼為基體材料，將基體材料用角向磨光機去除試板表層的鐵銹和油污，並用砂紙打磨光亮，然後分別用丙酮和酒精清洗試板，再用電吹風烘乾，得到潔淨表面。鐵粉、鎢粉、石墨及其它合金元素按化學計量摩爾比稱取不同品質，繼而用球磨機充分混合。

2、向混合後得到的粉末中加入鈉水玻璃粘結劑，充分攪拌調成糊狀後塗覆在準備好的Q235鋼板上，預置塗層厚度為0.7mm，最後放入箱式電阻爐內於180℃烘乾兩小時以待熔覆。將帶有預置塗層的Q235鋼 板從箱式電阻爐內取出，使用雷射器對預置塗層進行鐳射熔覆試驗，熔覆過程中鐳射功率分別為800～2000W，鐳射掃描速度分別為1～5mm/s，離焦量為150mm，光斑尺寸為3mm。

3、熔覆後將試樣沿垂直於鐳射熔覆的方向進行切割，獲得尺寸為10mm×5mm×5mm的試樣，然後分別進行磨樣和拋光處理。

經過XRD分析可知，塗層主要由碳化鎢(WC)組成。W與C的存在形式有WC和Fe₃W₃C等，分佈較均勻，塗層表面比較平整。熔覆層表面的最大表面顯微硬度值為2338.2HV，最小值為211.3HV，最大值是最小值的10倍多。通過鐳射熔覆原位反應得到的碳化鎢陶瓷增強鐵基塗層的顯微硬度遠遠高於原始基體的顯微硬度，大大增強了材料表面的耐磨性能。

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