CN104178764A

CN104178764A - 激光熔覆用高硬度镍基合金粉末及其制备工艺

Info

Publication number: CN104178764A
Application number: CN201410423309.1A
Authority: CN
Inventors: 姜慧; 张崇海
Original assignee: ZHEJIANG RUILAISHI MACHINERY CO Ltd
Current assignee: ZHEJIANG RUILAISHI MACHINERY CO Ltd
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2014-12-03

Abstract

本发明涉及一种金属表面硬化处理技术领域，特别涉及一种激光熔覆用高硬度镍基合金粉末及其制备工艺。本发明提供了如下技术方案：一种激光熔覆用高硬度镍基合金粉末，各成分重量百分比浓度为：C：0.5-1%；Cr：14-16%；B：3-3.5%；Mn：≤0.3%；Si：4-4.9%；Fe：2-5%；余量Ni。制备步骤为：a、准备各成分的配料，实施熔炼；b、将步骤a中进过熔炼的配料进行造渣及脱氧；c、将经过步骤b处理的配料制造成粉末状；d、将步骤c中的粉末状配料进行收集，冷却；e、将步骤d中经过冷却的粉末状配料进行筛分。采用上述技术方案，提供了一种不易发生开裂、氧化、产生气孔，自熔性好的激光熔覆用高硬度镍基合金粉末及其制备工艺。

Description

激光熔覆用高硬度镍基合金粉末及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种金属表面硬化处理技术领域，特别涉及一种激光熔覆用高硬度镍基合金粉末及其制备工艺。

背景技术

镍基合金一般均用于耐腐蚀的环境，但由于镍的生产成本较高，整体材质选择镍基合金，将使得阀门等产品价格偏高。为了保留镍基合金高硬度（耐磨损）及耐腐蚀性，降低零部件的市场竞争力。采用激光熔覆的工艺将镍基合金重熔在金属表面，使得金属表面得到硬化处理，从而具有了镍基合金的耐磨性及耐腐蚀性。另外，为了延长镍基合金部件的使用周期以达到降低设备使用成本的目的，一般采用激光熔覆技术对这些磨损的设备进行修复。

激光熔覆技术是指以不同的添加方法在被熔覆的基体上输送选择的涂层材料，经激光辐照后，使之与基体表面熔化，经快速凝固形成低稀释率的、与基体呈冶金结合的表面涂层的工艺过程。与传统的表面硬化处理技术如电镀、氧乙炔喷焊、超音速喷涂等相比，激光熔覆技术具有熔覆层组织晶粒细小、熔覆层的结合为冶金结合、热影响区和变形区小等优点。特别是激光熔覆可以获得高性能的合金熔覆层，具有耐磨性、硬度、耐腐蚀性能、抗氧化性能、热障性能、抗气蚀和冲蚀磨损等特点，因此该技术在工业上具有广阔的应用前景。

但镍基合金熔覆层要保持较高硬度，所以熔覆时易出现开裂、氧化、出现气孔、自熔性较差等问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种不易发生开裂、氧化、产生气孔，自熔性好的激光熔覆用高硬度镍基合金粉末及其制备工艺。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种激光熔覆用高硬度镍基合金粉末，其特征在于：各成分重量百分比浓度为：C：0.5-1%；Cr：14-16%；B：3-3.5%；Mn：≤0.3%；Si：4-4.9%；Fe：2-5%；余量Ni。

其中，合金粉末粒径为100/250目。

一种激光熔覆用高硬度镍基合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤如下：a、准备权1中的各成分的配料，并对该配料采用专用熔炉实施熔炼；

b、将步骤a中进过熔炼的配料进行造渣及脱氧处理；

c、将经过步骤b处理的配料采用雾化制粉法将配料制造成粉末状；

d、将步骤c中的粉末状配料进行收集，并将其在无氧或低氧的环境下实施冷却；

e、将步骤d中经过冷却的粉末状配料进行筛分，对于同种的金属粉末，筛下物可作为回炉粉加以利用。

其中，步骤a中的熔炼在真空度为1-10Pa条件下进行，温度为1800℃—2700℃。

步骤c中采用雾化制粉法时以氮气为雾化介质，在8-10大气压下雾化5—10分钟。

为了保证熔覆层的整体性能，如耐磨性、力学性能、物理性能以及化学性能等，且有效防止裂纹，同时考虑熔覆合金的成本，确定所选合金成分为C、Cr、B、Mn、Si、Fe、Ni 及少量稀土氧化物。其中，为了保证试验的效果及耐腐蚀性，对镍基合金粉末而言，其中 Cr、Ni、C的含量进行严格控制；为了提高熔覆层的硬度并增加耐磨性，和自熔性，在合金粉末中加入适量的B、Si、Mo和稀土氧化物。采用上述技术方案，使该激光熔覆用高硬度镍基合金粉末不易发生开裂、氧化、产生气孔，自熔性好。

本发明的激光熔覆用高硬度镍基合金粉末既耐腐蚀又有较高的硬度，处理后的激光熔覆层具有无裂纹、无气孔、无杂质、组织致密、晶粒细化等优点，广泛用于阀门密封面、转子轴径、螺杆压缩机转子等零部件的表面硬化处理及维修。而且可减少战略性稀有元素的用量，显著降低激光熔覆成本。

具体实施方式

实施例1：

1、试验材料：基材为ASTM A182 F304；

2、激光熔覆材料：

成分为（按重量百分比）：C：0.74%；Cr：14%；B：3.09%；Mn：0.05%；Si：4.4%；Fe：2%；余量Ni。

3、对准备好的配料进行熔炼，熔炼在真空度为1Pa条件下进行，温度为1800℃，每炉熔炼质量为50KG。将熔炼后的配料进行造渣及脱氧处理，然后采用雾化制粉法将配料制造成粉末状，此过程中以氮气为雾化介质，在8Pa大气压下雾化5分钟，然后在无氧或低氧状态下实施冷却，最后筛分，得到高硬度镍基合金粉末。

4、激光熔覆工艺，采用激光熔覆机，功率为3km，速度为5mm/s，光斑直径为5mm，搭接率为30%，激光熔覆层厚度1.0mm，同步送入加工的完成的高硬度镍基合金粉末。

5、熔覆层使用性能检测。

熔覆层的显微硬度，具体数据见下表。

距表层的距离mm	0.3	0.35	0.4	0.45	0.5	0.55	0.6	0.65	0.7	0.75
											硬度值HV(0.2)	619	652	647	529	703	650	606	517	714	648

熔覆层的耐磨性能，具体数据见下表。

熔覆层的耐腐蚀性能，具体数据见下表。

激光熔覆层的质量：外观表面平整、光滑；着色检查：未发现裂纹、气孔与夹渣。

实施例2：

1、试验材料：基材为ASTM A182 F304；

2、激光熔覆材料：

成分为（按重量百分比）：C：1%；Cr：16%；B：3.5%；Mn：0.05%；Si：4.9%；Fe：4%；余量Ni。

3、对准备好的配料进行熔炼，熔炼在真空度为10Pa条件下进行，温度为2700℃，每炉熔炼质量为50KG。将熔炼后的配料进行造渣及脱氧处理，然后采用雾化制粉法将配料制造成粉末状，此过程中以氮气为雾化介质，在10Pa大气压下雾化8分钟，然后在无氧或低氧状态下实施冷却，最后筛分，得到高硬度镍基合金粉末。

4、激光熔覆工艺，采用激光熔覆机，功率为4km，速度为10mm/s，光斑直径为6mm，搭接率为40%，激光熔覆层厚度1.0mm，同步送入加工的完成的高硬度镍基合金粉末。

5、熔覆层使用性能检测。

熔覆层的显微硬度，具体数据见下表。

距表层的距离mm	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9
									硬度值HV(0.2)	731	748	829	814	721	896	707	782

熔覆层的耐磨性能，具体数据见下表。

熔覆层的耐腐蚀性能，具体数据见下表。

采用本发明的配料以及加工工艺所获得的产品，激光熔覆层的硬度为HV(0.2) 650-700; 耐磨性能为基材的3-4倍；耐腐蚀性能明显好于基材，提高了约30%。

Claims

1.一种激光熔覆用高硬度镍基合金粉末，其特征在于：各成分重量百分比浓度为：C：0.5-1%；Cr：14-16%；B：3-3.5%；Mn：≤0.3%；Si：4-4.9%；Fe：2-5%；余量Ni。

2.根据权利要求1所述的激光熔覆用高硬度镍基合金粉末：所述的合金粉末粒径为100/250目。

3.根据权利要求1所述的一种激光熔覆用高硬度镍基合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤如下：

a、准备权1中的各成分的配料，并对该配料采用专用熔炉实施熔炼；

b、将步骤a中进过熔炼的配料进行造渣及脱氧处理；

4.根据权利要求3所述的激光熔覆用高硬度镍基合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤a中的熔炼在真空度为1-10Pa条件下进行，温度为1800℃—2700℃。

5.根据权利要求3或4所述的激光熔覆用高硬度镍基合金粉末的制备方法，其特征在于：步骤c中采用雾化制粉法时以氮气为雾化介质，在8-10大气压下雾化5—10分钟。