CN103205750A - 一种定量评价激光－感应复合熔覆NiCrAlY涂层内Al烧损程度的方法 - Google Patents

一种定量评价激光－感应复合熔覆NiCrAlY涂层内Al烧损程度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种定量评价激光－感应复合熔覆NiCrAlY涂层内Al烧损程度的方法：将NiCr合金粉末、纯Al粉末与Y2O3粉末进行机械搅拌混合，形成Al含量为M的机械搅拌式复合粉末，计算该复合粉末差热曲线上的吸热峰面积为S0；将NiCr合金粉末、纯Al粉末与Y2O3粉末在高能球磨机上混合，形成Al含量为M的机械合金化式NiCrAlY合金粉末，计算该合金粉末差热曲线上的吸热峰面积为S1；将机械合金化式NiCrAlY合金粉末激光－感应复合熔覆在基材表面形成NiCrAlY涂层，该方法对于优化NiCrAlY合金粉末的化学成分，控制涂层的显微结构与性能具有十分重要的理论意义与应用价值。

Description

一种定量评价激光-感应复合熔覆NiCrAlY涂层内Al烧损程度的方法
技术领域
本发明涉及一种定量评价激光－感应复合熔覆NiCrAlY涂层内Al烧损程度的方法。
背景技术
NiCrAlY合金粉末通常采用等离子喷涂的方法在高温合金表面制备成热障涂层的粘结层或单独使用的高温防护涂层，大大提高零部件的抗高温氧化性能。但是，等离子喷涂制备的涂层存在孔隙率高、易开裂、与基材呈结合力差的机械性结合等缺点。激光熔覆技术具有能量密度高、加工区域可选可控、基材热影响区与热变形小、涂层显微组织细小与致密以及与基材呈结合强调高的冶金结合等优点，在制备抗高温防护涂层等方面具有广阔的应用前景。但是，目前采用激光熔覆技术制备NiCrAlY涂层所用的熔覆粉末，通常是从市场上直接购买的适合于等离子喷涂用的NiCrAlY合金粉末，这种NiCrAlY合金粉末并不适合于具有快速加热与快速凝固特征的激光熔覆技术，导致制备的NiCrAlY涂层极易开裂、抗高温氧化性能有待进一步提高等问题。
近年来，可以在高效率条件下，将涂层内的热应力降低到最小程度，从而制备高性能的无裂纹涂层的激光－感应复合熔覆技术（Shengfeng Zhou，Yongjun Huang，Xiaoyan Zeng. Microstructure characteristics of Ni-based WC composite coatings by laser induction hybrid rapid cladding. Materials Science and Engineering: A, 2008, 480 (1-2)：564-572）引起了人们的广泛兴趣。另外，机械合金化技术是一种将不同的混合粉末在高能球磨机中球磨，制备均匀粉末混合物或化合物的固态粉末加工技术，这为制备适合于激光－感应复合熔覆工艺特征的专用NiCrAlY合金粉末提供了一种有效的方法。但是，目前还没有一种方法能够定量评价激光－感应复合熔覆NiCrAlY涂层内Al烧损程度的方法，导致不能有效建立NiCrAlY粉末机械合金化程度与激光－感应复合熔覆工艺参数、NiCrAlY涂层显微结构以及抗高温氧化性能之间的定量关系。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定量评价激光－感应复合熔覆NiCrAlY涂层内Al烧损程度的方法。本发明是这样来实现的，其方法与步骤为：
（1）将NiCr合金粉末、纯Al粉末与Y2O3粉末进行机械搅拌混合均匀，形成机械搅拌式复合粉末，其中，纯Al粉末在机械搅拌式复合粉末中的质量百分含量为M，采用差热分析法测量机械搅拌式复合粉末在27~1280℃温度下的差热分析曲线，并测量温度在600~700℃范围内的吸热峰面积为S0；
（2）将NiCr合金粉末、纯Al粉末与Y2O3粉末在高能球磨机上混合均匀，形成机械合金化式NiCrAlY合金粉末，其中，纯Al粉末在机械合金化式NiCrAlY合金粉末中的质量百分含量为M，采用差热分析法测量机械合金化式NiCrAlY合金粉末在27~1280℃温度下的差热分析曲线，并测量温度在600~700℃范围内的吸热峰面积为S1；
（3）将步骤（2）制备的机械合金化式NiCrAlY合金粉末作为熔覆材料，采用激光－感应复合熔覆的方法在基材表面制备NiCrAlY涂层，利用扫描电镜测试NiCrAlY涂层内Al的平均质量百分含量为M0；
（4）定量评价激光－感应复合熔覆NiCrAlY涂层内Al烧损程度的公式为                                                
Figure 201310164570X100002DEST_PATH_IMAGE001
。
本发明所述的NiCr合金粉末的化学成分的质量百分比为：Ni 70~80%、Cr 30~20%，纯Al粉末在机械搅拌式复合粉末或在机械合金化式NiCrAlY合金粉末中的质量百分含量为5~30%，机械搅拌式复合粉末或机械合金化式NiCrAlY合金粉末的粒径为30~60μm。
本发明在进行所述的步骤（2）时，NiCr合金粉末、纯Al粉末与Y2O3粉末的化学成分以及在机械合金化式NiCrAlY合金粉末中的质量百分含量与步骤（1）所使用的NiCr合金粉末、纯Al粉末与Y2O3粉末的化学成分以及在机械搅拌式复合粉末中的质量百分含量相同。
本发明的优点是：能够有效、快速地定量评价激光－感应复合熔覆NiCrAlY涂层内Al的烧损程度，从而建立NiCrAlY合金粉末机械合金化程度与激光－感应复合熔覆NiCrAlY涂层显微结构、抗高温氧化性能之间的定量关系，这对优化机械合金制备NiCrAlY合金粉末的化学成分与工艺参数，协调激光－感应复合熔覆工艺参数，认识NiCrAlY涂层内Al烧损机理，控制激光－感应复合熔覆NiCrAlY涂层的显微结构与性能具有十分重要的理论意义与应用价值。
具体实施方式
实施例1
（1）将化学成分为Ni20Cr合金粉末、纯Al粉末与Y2O3粉末进行机械搅拌混合均匀，其中，纯Al粉末在机械搅拌式复合粉末中的质量百分含量为M＝10%，采用差热分析法测量机械搅拌式复合粉末在27~1280℃温度下的差热分析曲线，并测量温度在600~700℃范围内的吸热峰面积为S0＝35.26 μV·s/mg；
（2）将化学成分为Ni20Cr合金粉末、纯Al粉末与Y2O3粉末在高能球磨机上混合均匀，形成机械合金化式NiCrAlY合金粉末，其中，纯Al粉末在机械合金化式NiCrAlY合金粉末中的质量百分含量为M=10%，采用差热分析法测量机械合金化式NiCrAlY合金粉末在27~1280℃温度下的差热分析曲线，并测量温度在600~700℃范围内的吸热峰面积为S1=1.23μV·s/mg；
（3）将步骤（2）制备的机械合金化式NiCrAlY合金粉末作为熔覆材料，采用激光－感应复合熔覆的方法在GH4169表面制备NiCrAlY涂层，利用扫描电镜测试NiCrAlY涂层内Al的平均质量百分含量为M0=8.78%；
（4）激光－感应复合熔覆NiCrAlY涂层内Al的烧损程度为
Figure 508312DEST_PATH_IMAGE002
 =4.71%。
实施例2
（1）将化学成分为Ni25Cr合金粉末、纯Al粉末与Y2O3粉末进行机械搅拌混合均匀，其中，纯Al粉末在机械搅拌式复合粉末中的质量百分含量为M＝20%，采用差热分析法测量机械搅拌式复合粉末在27~1280℃温度下的差热分析曲线，并测量温度在600~700℃范围内的吸热峰面积为S0＝40.26μV·s/mg；
（2）将化学成分为Ni25Cr合金粉末、纯Al粉末与Y2O3粉末在高能球磨机上混合均匀，形成机械合金化式NiCrAlY合金粉末，其中，纯Al粉末在机械合金化式NiCrAlY合金粉末中的质量百分含量为M=20%，采用差热分析法测量机械合金化式NiCrAlY合金粉末在27~1280℃温度下的差热分析曲线，并测量温度在600~700℃范围内的吸热峰面积为S1=3.38μV·s/mg；
（3）将步骤（2）制备的机械合金化式NiCrAlY合金粉末作为熔覆材料，采用激光－感应复合熔覆的方法在304不锈钢表面制备NiCrAlY涂层，利用扫描电镜测试NiCrAlY涂层内Al的平均质量百分含量为M0=16.2%；
（4）激光－感应复合熔覆NiCrAlY涂层内Al的烧损程度为
Figure 201310164570X100002DEST_PATH_IMAGE003
 =12.2%。
实施例3
（1）将化学成分为Ni30Cr合金粉末、纯Al粉末与Y2O3粉末进行机械搅拌混合均匀，其中，纯Al粉末在机械搅拌式复合粉末中的质量百分含量为M＝30%，采用差热分析法测量机械搅拌式复合粉末在27~1280℃温度下的差热分析曲线，并测量温度在600~700℃范围内的吸热峰面积为S0＝45.65μV·s/mg；
（2）将化学成分为Ni30Cr合金粉末、纯Al粉末与Y2O3粉末在高能球磨机上混合均匀，形成机械合金化式NiCrAlY合金粉末，其中，纯Al粉末在机械合金化式NiCrAlY合金粉末中的质量百分含量为M=30%，采用差热分析法测量机械合金化式NiCrAlY合金粉末在27~1280℃温度下的差热分析曲线，并测量温度在600~700℃范围内的吸热峰面积为S1=5.12μV·s/mg；
（3）将步骤（2）制备的机械合金化式NiCrAlY合金粉末作为熔覆材料，采用激光－感应复合熔覆的方法在Cr12MoV表面制备NiCrAlY涂层，利用扫描电镜测试NiCrAlY涂层内Al的平均质量百分含量为M0=27.2%；
（4）激光－感应复合熔覆NiCrAlY涂层内Al的烧损程度为
Figure 201310164570X100002DEST_PATH_IMAGE005
=14.02%。

Claims (3)

1.一种定量评价激光－感应复合熔覆NiCrAlY涂层内Al烧损程度的方法，其特征是方法与步骤为：
（1）将NiCr合金粉末、纯Al粉末与Y2O3粉末进行机械搅拌混合均匀，形成机械搅拌式复合粉末，其中，纯Al粉末在机械搅拌式复合粉末中的质量百分含量为M，采用差热分析法测量机械搅拌式复合粉末在27~1280℃温度下的差热分析曲线，并测量温度在600~700℃范围内的吸热峰面积为S0；
（2）将NiCr合金粉末、纯Al粉末与Y2O3粉末在高能球磨机上混合均匀，形成机械合金化式NiCrAlY合金粉末，其中，纯Al粉末在机械合金化式NiCrAlY合金粉末中的质量百分含量为M，采用差热分析法测量机械合金化式NiCrAlY合金粉末在27~1280℃温度下的差热分析曲线，并测量温度在600~700℃范围内的吸热峰面积为S1；
（3）将步骤（2）制备的机械合金化式NiCrAlY合金粉末作为熔覆材料，采用激光－感应复合熔覆的方法在基材表面制备NiCrAlY涂层，利用扫描电镜测试NiCrAlY涂层内Al的平均质量百分含量为M0；
（4）定量评价激光－感应复合熔覆NiCrAlY涂层内Al烧损程度的公式为                                               
Figure 201310164570X100001DEST_PATH_IMAGE001
。
2.根据权利要求1所述的一种定量评价激光－感应复合熔覆NiCrAlY涂层内Al烧损程度的方法，其特征在于所述的NiCr合金粉末的化学成分的质量百分比为：Ni 70~80%、Cr 30~20%，纯Al粉末在机械搅拌式复合粉末或在机械合金化式NiCrAlY合金粉末中的质量百分含量为5~30%，机械搅拌式复合粉末或机械合金化式NiCrAlY合金粉末的粒径为30~60μm。
3.根据权利要求1所述的一种定量评价激光－感应复合熔覆NiCrAlY涂层内Al烧损程度的方法，其特征在于进行所述的步骤（2）时，NiCr合金粉末、纯Al粉末与Y2O3粉末的化学成分以及在机械合金化式NiCrAlY合金粉末中的质量百分含量与步骤（1）所使用的NiCr合金粉末、纯Al粉末与Y2O3粉末的化学成分以及在机械搅拌式复合粉末中的质量百分含量相同。
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