CN106591828B - 一种专用于不锈钢工件表面裂纹激光修复的含有纳米Al2O3的复合粉末 - Google Patents
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Abstract
本发明属于裂纹修复技术领域,提供一种专用于不锈钢工件表面裂纹激光修复的含有纳米Al2O3的复合粉末,该复合粉末包括质量分数为1%‑3%的Al2O3纳米粉末,余量为不锈钢粉末,二者通过机械球磨充分混合后,利用无水乙醇调和进一步混合均匀;不锈钢粉末包含质量分数为0.08%的C,0.5%的Si,1.46%的Mn,0.03%的P,0.005%的S,19%的Cr,9.5%的Ni,0.5%的Mo,余量为Fe。采用本发明的复合粉末进行激光修复后,修复层与基体间能够形成致密的冶金结合,修复层组织中的晶粒细小均匀,无裂纹和气孔等缺陷,能够达到延寿和提高构件可靠性和安全性的目的,应用前景极其广阔,经济效益和社会效益显著。
Description
技术领域
本发明属于裂纹修复技术领域,涉及一种专用于不锈钢工件表面裂纹激光修复的含有纳米Al2O3的复合粉末,此粉末能使修复层与基体紧密结合,细化修复层晶粒,显著提高裂纹修复质量。
背景技术
不锈钢材料具有良好的强度和优越的耐腐蚀性,在汽车、能源、航空航天等领域都有着广泛的应用。不锈钢材料的工件在工作中的循环载荷作用下会产生裂纹,随着循环的进行裂纹会不断扩展。当裂纹扩展到一定程度,工件就要报废或断裂,造成经济损失甚至重大安全事故。
随着裂纹修复技术的不断发展,专用合金粉末成为激光修复领域的研究焦点,但目前专用于不锈钢工件的激光修复的粉末没有达到人们满意的程度,在修复的过程中会出现一些如修复层中出现气孔和裂纹等缺陷,或者是修复层与基体结合不好等情况。因此,本申请提供一种专用于不锈钢工件表面裂纹激光修复的含有纳米Al2O3的复合粉末,实现对表面含有微小裂纹的不锈钢工件的裂纹进行修复。利用此粉末修复之后,修复层与基体结合紧密,修复层性能优良,晶粒细小均匀,无裂纹和气孔等缺陷,达到延寿和提高工件可靠性和安全性的目的。
发明内容
本申请发明了一种专用于不锈钢工件表面裂纹激光修复的含有纳米Al2O3的复合粉末,主要用于对表面含有微小裂纹的不锈钢工件进行激光修复,在修复之后,修复层与基体结合紧密,修复层性能优良,晶粒细小均匀,无裂纹和气孔等缺陷。
为了达到上述目的,本发明的技术方案为:
一种专用于不锈钢工件表面裂纹激光修复的含有纳米Al2O3的复合粉末,所述的激光修复粉末包括质量分数为1%-3%的Al2O3纳米粉末,余量为不锈钢粉末;所述的不锈钢粉末包含质量分数为0.08%的C,0.5%的Si,1.46%的Mn, 0.03%的P,0.005%的S,19%的Cr,9.5%的Ni,0.5%的Mo,余量为Fe。
所述的专用于不锈钢工件的激光修复粉末中Al2O3粉末为近乎完美的球形粉末,Al2O3粉末和不锈钢粉末通过机械球磨充分混合,然后利用无水乙醇调和后进一步混合均匀。所述的Al2O3粉末的粒径为30-50nm,纯度为99.99%。所述的不锈钢粉末具有与基体融合性好,性能优于基体的特性,不锈钢粉末粒径为30-50μm,纯度为99.9%。
所述的Al2O3粉末的熔点比不锈钢粉末的高很多,在激光作用下,熔融的不锈钢中Al2O3粉不能完全熔化。熔化的Al2O3中的Al元素在修复层中分散比较均匀,起到固溶强化的作用。部分未熔化的粒径为30-50nm的Al2O3粉末,在熔融的不锈钢中成为孕育剂,起到细晶强化的作用。还有一部分未熔化的Al2O3粉末未能高度分散,形成直径小于1μm的富含Al的化合物,起到弥散强化的作用,并且这种小的化合物有抑制晶粒长大的积极作用。另外纳米Al2O3颗粒能抑制修复层中裂纹的形成。故修复层中晶粒细小均匀,无裂纹和气孔等缺陷,有很好的修复效果。
通过添加1%-3%的粒径为30-50nm的Al2O3粉末,专用于不锈钢工件的激光修复粉末在对表面含有微小裂纹的不锈钢工件进行激光修复之后,有很好的修复效果。具体表现在:1)根据Al元素在修复层与基体中的分布情况可以看出,修复层与基体之间发生了元素扩散,同时修复层与基体间的结合面呈白亮带,表明激光修复层与基体间为致密的冶金结合。2)从显微组织上看,修复层组织中的晶粒比基体组织中的晶粒更为细小均匀,无裂纹和气孔等缺陷。
本申请的有益效果为:本发明主要用于对表面含有微小裂纹的不锈钢工件进行激光修复。利用此复合粉末进行激光修复时,在无需预热和后续热处理的条件下即可获得无裂纹的激光修复涂层,修复了零件中的微小裂纹。在激光修复完成之后,修复层与基体间形成致密的冶金结合,修复层组织中的晶粒细小均匀,无裂纹和气孔等缺陷,达到延寿和提高构件可靠性和安全性的目的,应用前景极其广阔,经济效益和社会效益显著。
附图说明
图1为未处理不锈钢工件组织SEM分析图;
图2为不锈钢工件表面裂纹激光修复后修复层与基体结合界面SEM分析图;
图3为不锈钢工件表面裂纹激光修复修复层组织SEM分析图。
图中:A点和B点为枝晶间黑色小颗粒;C点为枝晶间;D点为结合界面以下区域。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明做进一步解释。
实施例1:
以质量分数计,1%的粒径为30-50nm的Al2O3粉末和99%粒径为30-50μm 的不锈钢粉末通过机械球磨充分混合,然后利用无水乙醇调和后进一步混合均匀。其中不锈钢粉末中,含有0.08%的C,0.5%的Si,1.46%的Mn,0.03%的P, 0.005%的S,19%的Cr,9.5%的Ni,0.5%的Mo,其他为Fe。
在激光修复工艺前,首先利用400-2000号的砂纸依次对待修复区域进行打磨,接着用无水乙醇清洗,然后烘干;然后将配比的复合粉末进行温度为150℃、时间为2h的干燥处理,并均匀预置在基体不锈钢待修复的表面微小裂纹处,预置厚度控制在0.8-1.2mm,保证表面平整、孔隙率低;采用激光技术修复不锈钢基体表面微小裂纹,其中工艺参数为:激光功率1.5-3KW,激光修复时间为1-2s,光斑直径3.0-5.0mm,离焦量为220-240mm。
如图1和图2所示,激光修复完成之后,修复层组织中的晶粒比基体组织中的晶粒更为细小均匀,无裂纹和气孔等缺陷;修复层与基体间的结合面呈白亮带,激光修复层与基体间为致密的冶金结合,如图3所示。另外,表1列出了图3中A点和B点(枝晶间黑色小颗粒)、C点(枝晶间)、D点(结合界面以下区域)等处的EDS分析结果,分析显示枝晶间含有富含Al的颗粒化合物,起到弥散强化的作用,并且修复层与基体发生了元素扩散。
表1基体与修复层中Al的分布情况
部位 | A | B | C | D |
Al含量(%) | 3.36 | 2.57 | 0.13 | 0.1 |
实施例2:
以质量分数计,2%的粒径为30-50nm的Al2O3粉末和98%粒径为30-50μm 的不锈钢粉末通过机械球磨充分混合,然后利用无水乙醇调和后进一步混合均匀。其中不锈钢粉末中,含有0.08%的C,0.5%的Si,1.46%的Mn,0.03%的P, 0.005%的S,19%的Cr,9.5%的Ni,0.5%的Mo,其他为Fe。
激光修复裂纹方法同实施例1。修复完成之后,修复层组织中的晶粒比基体组织中的晶粒更为细小均匀,无裂纹和气孔等缺陷。修复层与基体发生了元素扩散,同时修复层与基体间的结合面呈白亮带,激光修复层与基体间为致密的冶金结合。
实施例3:
以质量分数计,3%的粒径为30-50nm的Al2O3粉末和97%粒径为30-50μm 的不锈钢粉末通过机械球磨充分混合,然后利用无水乙醇调和后进一步混合均匀。其中不锈钢粉末中,含有0.08%的C,0.5%的Si,1.46%的Mn,0.03%的P, 0.005%的S,19%的Cr,9.5%的Ni,0.5%的Mo,其他为Fe。
激光修复裂纹方法同实施例1。修复完成之后,修复层组织中得到细小均匀的晶粒,并且无裂纹和气孔等缺陷;激光修复层与基体间的结合面呈白亮带,修复层与基体间呈现致密的冶金结合,同时修复层与基体之间存在元素扩散。
Claims (1)
1.一种专用于不锈钢工件表面裂纹激光修复的含有纳米Al2O3的复合粉末,其特征在于,所述的激光修复粉末包括质量分数为1%-3%的Al2O3纳米粉末,余量为不锈钢粉末,Al2O3纳米粉末和不锈钢粉末通过机械球磨充分混合,然后利用无水乙醇调和后进一步混合均匀;所述的Al2O3粉末的粒径为30-50nm,纯度为99.99%;所述的不锈钢粉末包含质量分数为0.08%的C,0.5%的Si,1.46%的Mn,0.03%的P,0.005%的S,19%的Cr,9.5%的Ni,0.5%的Mo,余量为Fe;所述的不锈钢粉末粒径为30-50μm,纯度为99.9%;不锈钢粉末能够与基体融合,且性能优于基体。
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