CN105887082A - 一种镍基激光熔覆涂层及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镍基激光熔覆涂层及制备方法，其中熔覆涂层材料包括C、Cr、Co、Mo、W、Al、Ti、Mn、Zr、Ta、Fe、S、P、La、Ce和Ni等元素，通过原料制备、前处理、激光熔覆、退火、后处理等步骤，本发明采用在镍基合金涂层中不添加B、Si等元素，同时加入如稀土或其氧化物，改善其合金激光熔覆结构，避免因疏松和晶界低熔点共晶造成裂纹，最终形成具有较高温氧化耐蚀、耐高温拉伸的合金涂层，本发明通过改善合金激光熔覆结构，降低出现裂纹的可能性，大大提升了熔覆涂层的质量。

Description

一种镍基激光熔覆涂层及制备方法

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术领域，具体涉及一种镍基激光熔覆涂层及制备方法。

背景技术

激光熔覆是一种新的表面改性技术，它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的熔覆层，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点，因此激光熔覆技术应用前景十分广阔，试验研究表明，激光熔覆在镍基合金的应用中，大多数的裂纹都是从基体形成后深入到涂层中，出现裂纹的主要原因为疏松和晶界低熔点共晶造成的。

发明内容

为改善激光熔覆涂层的裂纹缺陷，稳定并提升产品的质量，避免激光熔覆涂层出现裂纹，本发明提供了一种镍基激光熔覆涂层及制备方法，通过在涂层中控制有害元素含量，辅以稀土元素，改善晶界低熔点共晶和疏松问题，实现降低裂纹出现的目的。

一种镍基激光熔覆涂层及制备方法，其中熔覆涂层材料包括以下质量百分比组成：C:0.12%-0.18%，Cr:10.8%-11.5%，Co:5.1%-5.5%，Mo:4.1%-4.5%，W:5.1%-5.3%，Al:5.2%-5.5%，Ti:2.2%-2.6%，Mn:0.1%-0.3%，Zr:0.05%-0.06%，Ta:0.05%-0.15%，Fe:1.2%-2.2%，S:0.005%-0.01%，P:0.01%-0.02%，La：0.01%-0.03%，Ce：0.01%-0.03%，余量为Ni。

通过具有快速加热和快速冷却的激光熔覆技术，将各元素经过原料设计、基材和涂层原料前处理，激光熔覆、后处理等，通过合理的合金元素比例设计以及适当的激光熔覆工艺参数，制得镍基激光熔覆涂层。

一种镍基激光熔覆涂层及制备方法，主要制备步骤如下：

（1）根据镍基激光熔覆涂层性能和工艺要求，对熔覆涂层进行设计，按照比例称量合理的各组分涂层基本元素备用；

（2）将上述材料混合后进行在烘箱中以80-150摄氏度的条件下，干燥5-40小时，然后再利用超细球磨机将其磨成粉状，粒度为100目-200目，然后通过烘箱中以60-80摄氏度的条件下，干燥5-10小时，得到纯净干燥的涂层粉末；

（3）对需要进行表面涂层的金属基材进行前处理，主要包括表面打磨以及除污处理，以80-200摄氏度的条件下，干燥1-5小时，处理干净后备用；

（4）将纯净干燥的涂层粉末均匀的铺在处理过的金属基材表面其厚度为800-1200微米，熔覆所用保护气体为氩气，光斑半径为2-3毫米，激光功率为1.1-1.5千瓦，扫描速度为350-500毫米/分，搭接率为45%-55%，进行260-430摄氏度温度条件下预热处理0.5-2小时，通过激光熔覆设备将基体表面的涂层材料和基体表面薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，得到所述表面激光熔覆涂层。

本发明的有益之处在于：

为改善激光熔覆涂层的裂纹缺陷，稳定并提升产品的质量，本发明通过在镍基合金涂层中采取不添加硼、硅等元素，同时加入如La、Ce等稀土元素，改善其合金激光熔覆结构，降低疏松和晶界低熔点共晶的概率，大大降低出现裂纹的可能性。

具体实施方式

实施例1

一种镍基激光熔覆涂层及制备方法，其中熔覆涂层材料包括以下质量百分比组成：C:0.12%，Cr:10.8%，Co:5.1%，Mo:4.1%，W:5.1%，Al:5.2%，Ti:2.2%，Mn:0.1%，Zr:0.05%，Ta:0.05%，Fe:1.2%，S:0.005%，P:0.01%，La：0.01%，Ce：0.01%，余量为Ni。

通过具有快速加热和快速冷却的激光熔覆技术，将各元素经过原料设计、基材和涂层原料前处理，激光熔覆、后处理等，通过合理的合金元素比例设计以及适当的激光熔覆工艺参数，制得镍基激光熔覆涂层。

一种镍基激光熔覆涂层及制备方法，主要制备步骤如下：

（1）根据镍基激光熔覆涂层性能和工艺要求，对熔覆涂层进行设计，按照比例称量合理的各组分涂层基本元素备用；

（2）将上述材料混合后进行在烘箱中以80摄氏度的条件下，干燥5小时，然后再利用超细球磨机将其磨成粉状，粒度为100目，然后通过烘箱中以60摄氏度的条件下，干燥5小时，得到纯净干燥的涂层粉末；

（3）对需要进行表面涂层的金属基材进行前处理，主要包括表面打磨以及除污处理，以80摄氏度的条件下，干燥1小时，处理干净后备用；

（4）将纯净干燥的涂层粉末均匀的铺在处理过的金属基材表面其厚度为800微米，熔覆所用保护气体为氩气，光斑半径为2毫米，激光功率为1.1千瓦，扫描速度为350毫米/分，搭接率为45%，进行260摄氏度温度条件下预热处理0.5小时，通过激光熔覆设备将基体表面的涂层材料和基体表面薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，得到所述表面激光熔覆涂层。

实施例2

一种镍基激光熔覆涂层及制备方法，其中熔覆涂层材料包括以下质量百分比组成：C:0.12%，Cr:10.8%，Co:5.1%，Mo:4.1%，W:5.1%，Al:5.2%，Ti:2.2%，Mn:0.1%，Zr:0.05%，Ta:0.05%，Fe:1.2%，S:0.005%，P:0.01%，La：0.01%，Ce：0.01%，余量为Ni。

通过具有快速加热和快速冷却的激光熔覆技术，将各元素经过原料设计、基材和涂层原料前处理，激光熔覆、后处理等，通过合理的合金元素比例设计以及适当的激光熔覆工艺参数，制得镍基激光熔覆涂层。

一种镍基激光熔覆涂层及制备方法，主要制备步骤如下：

（1）根据镍基激光熔覆涂层性能和工艺要求，对熔覆涂层进行设计，按照比例称量合理的各组分涂层基本元素备用；

（2）将上述材料混合后进行在烘箱中以150摄氏度的条件下，干燥40小时，然后再利用超细球磨机将其磨成粉状，粒度为200目，然后通过烘箱中以80摄氏度的条件下，干燥10小时，得到纯净干燥的涂层粉末；

（3）对需要进行表面涂层的金属基材进行前处理，主要包括表面打磨以及除污处理，以200摄氏度的条件下，干燥5小时，处理干净后备用；

（4）将纯净干燥的涂层粉末均匀的铺在处理过的金属基材表面其厚度为1200微米，熔覆所用保护气体为氩气，光斑半径为3毫米，激光功率为1.5千瓦，扫描速度为500毫米/分，搭接率为55%，进行430摄氏度温度条件下预热处理2小时，通过激光熔覆设备将基体表面的涂层材料和基体表面薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，得到所述表面激光熔覆涂层。

实施例3

一种镍基激光熔覆涂层及制备方法，其中熔覆涂层材料包括以下质量百分比组成：C: 0.18%，Cr:11.5%，Co: 5.5%，Mo: 4.5%，W:5.3%，Al: 5.5%，Ti: 2.6%，Mn: 0.3%，Zr: 0.06%，Ta: 0.15%，Fe: 2.2%，S: 0.01%，P: 0.02%，La：0.03%，Ce：0.03%，余量为Ni。

通过具有快速加热和快速冷却的激光熔覆技术，将各元素经过原料设计、基材和涂层原料前处理，激光熔覆、后处理等，通过合理的合金元素比例设计以及适当的激光熔覆工艺参数，制得镍基激光熔覆涂层。

一种镍基激光熔覆涂层及制备方法，主要制备步骤如下：

（1）根据镍基激光熔覆涂层性能和工艺要求，对熔覆涂层进行设计，按照比例称量合理的各组分涂层基本元素备用；

（2）将上述材料混合后进行在烘箱中以80摄氏度的条件下，干燥5小时，然后再利用超细球磨机将其磨成粉状，粒度为100目，然后通过烘箱中以60摄氏度的条件下，干燥5小时，得到纯净干燥的涂层粉末；

（3）对需要进行表面涂层的金属基材进行前处理，主要包括表面打磨以及除污处理，以80-200摄氏度的条件下，干燥1小时，处理干净后备用；

（4）将纯净干燥的涂层粉末均匀的铺在处理过的金属基材表面其厚度为800微米，熔覆所用保护气体为氩气，光斑半径为2毫米，激光功率为1.1千瓦，扫描速度为350毫米/分，搭接率为45%，进行260摄氏度温度条件下预热处理0.5小时，通过激光熔覆设备将基体表面的涂层材料和基体表面薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，得到所述表面激光熔覆涂层。

实施例4

一种镍基激光熔覆涂层及制备方法，其中熔覆涂层材料包括以下质量百分比组成：C: 0.18%，Cr:11.5%，Co: 5.5%，Mo: 4.5%，W:5.3%，Al: 5.5%，Ti: 2.6%，Mn: 0.3%，Zr: 0.06%，Ta: 0.15%，Fe: 2.2%，S: 0.01%，P: 0.02%，La：0.03%，Ce：0.03%，余量为Ni。

通过具有快速加热和快速冷却的激光熔覆技术，将各元素经过原料设计、基材和涂层原料前处理，激光熔覆、后处理等，通过合理的合金元素比例设计以及适当的激光熔覆工艺参数，制得镍基激光熔覆涂层。

一种镍基激光熔覆涂层及制备方法，主要制备步骤如下：

（1）根据镍基激光熔覆涂层性能和工艺要求，对熔覆涂层进行设计，按照比例称量合理的各组分涂层基本元素备用；

（2）将上述材料混合后进行在烘箱中以150摄氏度的条件下，干燥40小时，然后再利用超细球磨机将其磨成粉状，粒度为200目，然后通过烘箱中以80摄氏度的条件下，干燥10小时，得到纯净干燥的涂层粉末；

（3）对需要进行表面涂层的金属基材进行前处理，主要包括表面打磨以及除污处理，以80-200摄氏度的条件下，干燥1-5小时，处理干净后备用；

（4）将纯净干燥的涂层粉末均匀的铺在处理过的金属基材表面其厚度为1200微米，熔覆所用保护气体为氩气，光斑半径为3毫米，激光功率为1.5千瓦，扫描速度为500毫米/分，搭接率为55%，进行430摄氏度温度条件下预热处理2小时，通过激光熔覆设备将基体表面的涂层材料和基体表面薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，得到所述表面激光熔覆涂层。

实施例5

一种镍基激光熔覆涂层及制备方法，其中熔覆涂层材料包括以下质量百分比组成：C:0.15%，Cr:11%，Co:5.3%，Mo:4.3%，W:5.2%，Al:5.3%，Ti:2.5%，Mn:0.2%，Zr:0.05%，Ta:0.09%，Fe:1.5%，S:0.008%，P:0.015%，La：0.02%，Ce：0.025%，余量为Ni。

通过具有快速加热和快速冷却的激光熔覆技术，将各元素经过原料设计、基材和涂层原料前处理，激光熔覆、后处理等，通过合理的合金元素比例设计以及适当的激光熔覆工艺参数，制得镍基激光熔覆涂层。

一种镍基激光熔覆涂层及制备方法，主要制备步骤如下：

（1）根据镍基激光熔覆涂层性能和工艺要求，对熔覆涂层进行设计，按照比例称量合理的各组分涂层基本元素备用；

（2）将上述材料混合后进行在烘箱中以100摄氏度的条件下，干燥20小时，然后再利用超细球磨机将其磨成粉状，粒度为120目，然后通过烘箱中以70摄氏度的条件下，干燥10小时，得到纯净干燥的涂层粉末；

（3）对需要进行表面涂层的金属基材进行前处理，主要包括表面打磨以及除污处理，以80摄氏度的条件下，干燥5小时，处理干净后备用；

（4）将纯净干燥的涂层粉末均匀的铺在处理过的金属基材表面其厚度为800微米，熔覆所用保护气体为氩气，光斑半径为2.5毫米，激光功率为1.5千瓦，扫描速度为450毫米/分，搭接率为50%，进行320摄氏度温度条件下预热处理1小时，通过激光熔覆设备将基体表面的涂层材料和基体表面薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，得到所述表面激光熔覆涂层。

Claims (2)

1.一种镍基激光熔覆涂层及制备方法，其特征在于，熔覆涂层材料包括以下质量百分比组成：C:0.12%-0.18%，Cr:10.8%-11.5%，Co:5.1%-5.5%，Mo:4.1%-4.5%，W:5.1%-5.3%，Al:5.2%-5.5%，Ti:2.2%-2.6%，Mn:0.1%-0.3%，Zr:0.05%-0.06%，Ta:0.05%-0.15%，Fe:1.2%-2.2%，S:0.005%-0.01%，P:0.01%-0.02%，La：0.01%-0.03%，Ce：0.01%-0.03%，余量为Ni。

2.根据权利要求1所述的一种镍基激光熔覆涂层及制备方法，其特征在于，主要制备步骤如下：

（1）根据镍基激光熔覆涂层性能和工艺要求，对熔覆涂层进行设计，按照比例称量合理的各组分涂层基本元素备用；

（2）将上述材料混合后进行在烘箱中以80-150摄氏度的条件下，干燥5-40小时，然后再利用超细球磨机将其磨成粉状，粒度为100目-200目，然后通过烘箱中以60-80摄氏度的条件下，干燥5-10小时，得到纯净干燥的涂层粉末；

（3）对需要进行表面涂层的金属基材进行前处理，主要包括表面打磨以及除污处理，以80-200摄氏度的条件下，干燥1-5小时，处理干净后备用；

（4）将纯净干燥的涂层粉末均匀的铺在处理过的金属基材表面其厚度为800-1200微米，熔覆所用保护气体为氩气，光斑半径为2-3毫米，激光功率为1.1-1.5千瓦，扫描速度为350-500毫米/分，搭接率为45%-55%，进行260-430摄氏度温度条件下预热处理0.5-2小时，通过激光熔覆设备将基体表面的涂层材料和基体表面薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，得到所述表面激光熔覆涂层。