CN105483696A - 一种利用激光熔覆增强Hastelloy N合金表面耐磨性的方法 - Google Patents

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    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer

Abstract

本发明公开了一种利用激光熔覆增强Hastelloy？N合金表面耐磨性的方法，所述方法为：将Hastelloy？N合金表面清洗预处理，将经过酸洗的碳化硅陶瓷粉烘干；将预处理后的碳化硅陶瓷粉均匀铺展于预处理后的Hastelloy？N合金表面，并用激光辐照扫描至不低于2600℃进行激光熔覆，获得激光熔敷后的Hastelloy？N合金，随后冷却至室温，获得表面耐磨性增强的Hastelloy？N合金；本发明利用高温使碳化硅完全分解形成Si和C，其中Si作为一种催化剂，会促进Hastelloy？N合金内Mo与C反应生成MoC，在Hastelloy？N合金表面形成大量MoC、C和基体均匀分布的熔覆层，增强Hastelloy？N合金表面耐磨性；所得熔覆层结构更加稳定，没有裂纹产生，耐磨性也得到极大的提高。

Description

一种利用激光熔覆增强Hastelloy N合金表面耐磨性的方法
(一)技术领域
本发明涉及一种提高HastelloyN合金表面耐磨性的方法，特别涉及一种采用激光熔覆增强HastelloyN合金表面耐磨性的方法。
(二)背景技术
激光熔覆，作为一种新型的表面改性技术，主要在基体表面添加熔覆材料，通过激光辐照扫描使之与基体表层一起熔凝，在基体表面形成一种具有特殊性能的薄层，从而最大限度开发材料的性能。HastelloyN合金在熔盐堆、化工设备、航天、制药、核工业等方面应用广泛，由于材料比较稀有和昂贵，所以需要对其采取相应保护措施，如在HastelloyN合金表面熔覆其他耐高温耐腐蚀材料。传统的采用SiC粉激光熔覆的方法，是将SiC熔覆于材料表面，利用SiC本身的高硬度来提高材料表面的耐磨性。而在本方法中，同样将SiC熔覆于HastelloyN合金表面，但SiC在激光熔覆过程中完全分解，产生Si和C。其中Si作为一种催化剂，会促进HastelloyN合金内C与Mo反应生成MoC，而MoC也拥有良好的耐高温、耐磨性及较高的硬度；反应剩余的C单质呈石墨形态，可以对材料起到一定的润滑作用，相应的摩擦系数可大大降低。最后在HastelloyN合金表面形成MoC、C和基体均匀分布的熔覆层，并没有SiC的存在，利用MoC和C的双重作用来进一步增强HastelloyN合金表面耐磨性。
(三)发明内容
本发明目的是提供一种采用激光熔覆技术增强HastelloyN合金表面耐磨性的方法。
本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种利用激光熔覆增强HastelloyN合金表面耐磨性的方法，所述方法为：(1)将HastelloyN合金表面清洗预处理，获得预处理后的HastelloyN合金；(2)将经过酸洗的碳化硅陶瓷粉烘干，获得预处理后的碳化硅陶瓷粉；(3)将步骤(2)预处理后的碳化硅陶瓷粉均匀铺展于步骤(1)预处理后的HastelloyN合金表面，并用激光辐照扫描至不低于2600℃进行激光熔覆，获得激光熔敷后的HastelloyN合金；(4)将步骤(3)激光熔敷后的HastelloyN合金进行热处理，随后冷却至室温，获得表面耐磨性增强的HastelloyN合金。
进一步，所述步骤(1)HastelloyN合金预处理方法为：用体积浓度99.7％乙醇水溶液清洗，并用热风吹干。
进一步，所述步骤(2)碳化硅陶瓷粉预处理方法为：将碳化硅陶瓷粉用体积浓度10％氢氟酸水溶液浸泡24小时，用蒸馏水漂洗至pH为6.5，100℃烘24h。
进一步，所述步骤(2)碳化硅陶瓷粉粒径为50μm。
进一步，所述步骤(3)碳化硅陶瓷粉在预处理后的HastelloyN合金表面厚度为0.5-1mm。
进一步，所述步骤(3)激光熔敷温度为2600℃，碳化硅陶瓷粉末完全分解，并与HastelloyN合金内Mo充分反应后均匀覆盖于HastelloyN合金表面，在HastelloyN合金表面形成MoC、C和基体均匀分布的熔覆层。
进一步，所述步骤(3)热处理条件为680℃条件下保温2-3小时。
与现有技术相比，本发明有益效果主要体现在：较之传统的利用SiC本身的高硬度来提高材料表面耐磨性的激光熔覆方法，本发明利用高温使碳化硅完全分解形成Si和C，其中Si作为一种催化剂，会促进HastelloyN合金内Mo与C反应生成MoC。因此，在HastelloyN合金表面形成大量MoC、C和基体均匀分布的熔覆层。利用MoC和C的双重作用来进一步增强HastelloyN合金表面耐磨性。熔覆前基体的弹性模量大约为231Gpa，硬度大约为6Gpa，熔覆后基体弹性模量和硬度大致不变，MoC的弹性模量大约为394Gpa，硬度大约为23Gpa。所得熔覆层结构更加稳定，没有裂纹产生，耐磨性也得到极大的提高。
(四)附图说明
图1是本发明方法形成熔覆层的示意图，1-碳化硅粉末，2-HastelloyN合金。
图2是本发明方法形成熔覆层的原理示意图，3-MoC，4-C，5-基体。
(五)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
本发明实施例所用HastelloyN合金质量组成为：Ni-17.29Mo-6.96Cr-3.96Fe-0.627Mn-0.466Si-0.0488C(wt.％)。
实施例
如图1-图2所示，本发明采用激光熔覆技术增强HastelloyN合金表面耐磨性的方法，包括以下步骤：
1)首先将HastelloyN合金(50mm×50mm×4mm)用体积浓度99.7％乙醇水溶液清洗除去表面油污及杂质，并用热风吹干，获得预处理后的HastelloyN合金；
2)将粒径为50μm碳化硅陶瓷粉末用体积浓度10％氢氟酸水溶液浸泡24小时进行清洗，除去其中的杂质，随后100℃烘24h，得到纯净的碳化硅陶瓷粉末；
3)将步骤2)制备的碳化硅陶瓷粉末均匀铺展于步骤1)预处理的HastelloyN合金表面，厚度为1mm；
4)对步骤3)覆盖碳化硅粉末的HastelloyN合金进行激光熔敷，使温度达到2600℃，碳化硅粉末与HastelloyN合金表层同时熔化，经过一系列反应后形成大量MoC和C单质，并均匀分布于熔覆层内；
5)对步骤4)经激光熔敷后的HastelloyN合金在680℃条件下保温3小时，从而消除激光熔敷过程中产生的内应力。通过显微组织观察，发现在HastelloyN合金表面并没有SiC，Si渗透于基体之中，在基体表面分布大量MoC和C。熔覆前基体的弹性模量大约为231Gpa，硬度大约为6Gpa，熔覆后基体弹性模量和硬度大致不变，MoC的弹性模量大约为394Gpa，硬度大约为23Gpa。

Claims (7)

1.一种利用激光熔覆增强HastelloyN合金表面耐磨性的方法，其特征在于所述方法为：(1)将HastelloyN合金表面清洗预处理，获得预处理后的HastelloyN合金；(2)将经过酸洗的碳化硅陶瓷粉烘干，获得预处理后的碳化硅陶瓷粉；(3)将步骤(2)预处理后的碳化硅陶瓷粉均匀铺展于步骤(1)预处理后的HastelloyN合金表面，并用激光辐照扫描至不低于2600℃进行激光熔覆，获得激光熔敷后的HastelloyN合金；(4)将步骤(3)激光熔敷后的HastelloyN合金进行热处理，随后冷却至室温，获得表面耐磨性增强的HastelloyN合金。
2.如权利要求1所述利用激光熔覆增强HastelloyN合金表面耐磨性的方法，其特征在于所述步骤(1)HastelloyN合金预处理方法为：用体积浓度99.7％乙醇水溶液清洗，并用热风吹干。
3.如权利要求1所述利用激光熔覆增强HastelloyN合金表面耐磨性的方法，其特征在于所述步骤(2)碳化硅陶瓷粉预处理方法为：将碳化硅陶瓷粉用体积浓度10％氢氟酸水溶液浸泡24小时，用蒸馏水漂洗至pH为6.5，100℃烘24h。
4.如权利要求1所述利用激光熔覆增强HastelloyN合金表面耐磨性的方法，其特征在于所述步骤(2)碳化硅陶瓷粉粒径为50μm。
5.如权利要求1所述利用激光熔覆增强HastelloyN合金表面耐磨性的方法，其特征在于所述步骤(3)碳化硅陶瓷粉在预处理后的HastelloyN合金表面厚度为0.5-1mm。
6.如权利要求1所述利用激光熔覆增强HastelloyN合金表面耐磨性的方法，其特征在于所述步骤(3)激光熔敷温度为2600℃。
7.如权利要求1所述利用激光熔覆增强HastelloyN合金表面耐磨性的方法，其特征在于所述步骤(3)热处理条件为680℃条件下保温3小时。
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