CN106917084A - 一种904l不锈钢的激光熔覆增强剂及熔覆方法 - Google Patents

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尚晓娟
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Abstract

本发明公开了一种904L不锈钢的激光熔覆增强剂及熔覆方法，熔覆剂由Co、Cr、Fe、Ni、Ti的金属粉末组成，其中按质量份计，包括有：Cr 28～40份、Fe 13～22份、Ni 10～20份、Co 11～21份、和Ti 3～10份。本发明所选用合金粉末材料流动性较好，并添加了大量强耐蚀性元素Cr等，可用于硫酸等强酸性环境下904L不锈钢制品的激光熔覆及修复，增强904L不锈钢的耐磨性和耐腐蚀性；所用的激光熔覆方法可使合金涂层组织均匀致密，无微裂纹或孔洞产生，涂层与基材结合良好。

Description

一种904L不锈钢的激光熔覆增强剂及熔覆方法
技术背景
本发明涉及一种904L不锈钢的激光熔覆增强剂及熔覆方法，属于冶金技术类领域。
背景技术
904L奥氏体超级不锈钢与传统304不锈钢相比，其Ni、Cr含量分别高达25wt.％和20wt.％，Mo含量也高达5wt.％左右，增强了其抗腐蚀的能力，但强硬度并无显著差异。由于具有优良的耐蚀性能，904L奥氏体超级不锈钢大量服役于硫酸、磷酸等强酸性工况条件下的仪器设备，如石化设备中的反应器、发电厂中的脱硫装置等。然而，在服役过程中，904L不锈钢设备通常与酸性溶液之间相互作用，造成冲蚀现象严重，且该材料硬度(HV～200)较低，易造成材料的严重损失直至失效。由于此类不锈钢不仅供货周期长，而且材料内部合金成分较高，从而导致了较高的成本与设备更换费用。因此，如何提高904L不锈钢的修复率及再利用率已成为相关行业关注的重要难题和热点。抑制冲蚀或许是解决该类难题的有效途径。本发明开发的激光熔覆涂层材料能有效的解决904L不锈钢在酸性条件下服役过程中的冲蚀失效问题，有效地提高了904L不锈钢的修复率及再利用率。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种904L不锈钢的激光熔覆增强剂及熔覆方法。本发明所选用合金粉末材料流动性较好，并添加了大量强耐蚀性元素Cr等，可用于硫酸等强酸性环境下904L不锈钢制品的激光熔覆及修复，增强904L不锈钢的耐磨性和耐腐蚀性；所用的激光熔覆方法可使合金涂层组织均匀致密，无微裂纹或孔洞产生，涂层与基材结合良好。
本发明技术方案：一种904L不锈钢的激光熔覆增强剂，由Co、Cr、Fe、Ni、Ti的金属粉末组成，其中按质量份计，包括有：Cr 28～40份、Fe 13～22份、Ni 10～20份、Co 11～21份、和Ti 3～10份。
前述的904L不锈钢的激光熔覆增强剂，所述增强剂按质量份计，包括有：Cr32～36份、Fe 16～19份、Ni 14～16份、Co 15～17份、和Ti 5～8份。
前述的904L不锈钢的激光熔覆增强剂，所述增强剂按质量份计，包括有：Cr34份、Fe 18份、Ni 15份、Co 16份、和Ti 7份。
前述的904L不锈钢的激光熔覆增强剂，所述Co、Cr、Fe、Ni、Ti的金属粉末，其纯度均大于99.6％。
前述的904L不锈钢的激光熔覆增强剂，所述Co、Cr、Fe、Ni、Ti的金属粉末的粒度为150～250目，其制备方法是按配方中的质量份称取各金属粉末，混合后研磨使之充分混合即可。
前述的904L不锈钢的激光熔覆增强剂，研磨的时间为2～5小时。
一种利用前述的904L不锈钢的激光熔覆增强剂进行熔覆的方法，是将制得的增强剂置于需要熔覆的904L奥氏体超级不锈钢制品表面或待需修复部位，在光纤激光器激光输出功率P＝1.6～2.2KW，扫描速度V＝6～9mm/s，光斑尺寸d＝4～7mm的工艺参数下，进行激光熔覆工作。
前述的利用904L不锈钢的激光熔覆增强剂进行熔覆的方法，所述光纤激光器激光输出功率P＝2.0KW，扫描速度V＝7mm/s，光斑尺寸d＝6mm，搭接率为40％。
本发明的有益效果：
1、与现有的技术相比，本发明所用熔覆材料是目前备受关注的高熵合金体系。高熵合金是一种由五组或以上主元按等原子比或近等原子比所构成的不同于传统合金的新型合金体系，并且拥有优良强硬度，强耐磨及耐蚀性能。因此，将该材料制成激光熔覆涂层应用于904L不锈钢表面可有效地提高基材在硫酸等强酸环境下的使用寿命。
2、本发明所研发的高熵合金粉末流动性较好，并添加了多种耐蚀元素Cr、Ni、Co等。同时，合金中添加了强化元素Ti，在熔覆过程中起到增强材料涂层整体硬度和耐蚀性的作用，适用于酸性环境下服役的904L不锈钢制品的防护及激光修复。
3、经过仔细调查和研究，本发明研发的高熵合金粉末经激光熔覆之后，涂层内部无裂纹孔洞等宏观缺陷，开裂敏感性也大大降低。
试验例
为了进一步阐述本发明所具有的有益效果，发明人做了以下相关实验：
试验例1、涂层的硬度及耐磨性能
对本发明所制备的激光熔覆涂层进行硬度测试及摩擦磨损实验。
图1为涂层和基材的平均硬度图。图中，本发明涂层的硬度是904L基材的两倍以上。
图2为涂层和基材的磨损量图。图中，涂层的磨损量远小于904L不锈钢基材。
试验例2、材料的耐蚀性
对本发明制备的激光熔覆涂层与基材进行电化学极化曲线测试，图3为所得结果。由图可见，涂层的自腐蚀电流密度与904L基材相比，下降了2-3个数量级。
综合分析可得，涂层的硬度为413HV，磨损量为2.89mg/min与良好的耐蚀性有着相互协调的配合。
附图说明
附图1涂层和基材的平均硬度图；
附图2涂层和基材的磨损量图；
附图3涂层与基材的电化学极化曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明的限制依据。
实施例1:
一种904L不锈钢的激光熔覆增强剂及熔覆方法，所述激光熔覆剂由Co、Cr、Fe、Ni、Ti的金属粉末组成，其中按质量份计，包括有：Cr34份、Fe 18份、Ni 15份、Co 16份、和Ti 7份。
所述Co、Cr、Fe、Ni、Ti的金属粉末，其纯度均大于99.6％。
所述Co、Cr、Fe、Ni、Ti的金属粉末的粒度为180-220目，其制备方法是按配方中的质量份称取各金属粉末，混合后研磨使之充分混合即可。
研磨的时间为3.5小时。
利用上述904L不锈钢的激光熔覆增强剂进行熔覆的方法，是将制得的增强剂置于需要熔覆的904L奥氏体超级不锈钢制品表面或待需修复部位，在光纤激光器激光输出功率P＝2.0KW，扫描速度V＝7mm/s，光斑尺寸d＝6mm，搭接率为40％的参数下进行熔覆工作。
实施例2:
一种904L不锈钢的激光熔覆增强剂及熔覆方法，所述激光熔覆剂由Co、Cr、Fe、Ni、Ti的金属粉末组成，其中按质量份计，包括有：Cr 28份、Fe 13份、Ni 10份、Co 11份、和Ti 3份。
所述Co、Cr、Fe、Ni、Ti的金属粉末，其纯度均大于99.6％。
所述Co、Cr、Fe、Ni、Ti的金属粉末的粒度为150-180目，其制备方法是按配方中的质量份称取各金属粉末，混合后研磨使之充分混合即可。
研磨的时间为2小时。
利用上述904L不锈钢的激光熔覆增强剂进行熔覆的方法，是将制得的增强剂置于需要熔覆的904L奥氏体超级不锈钢制品表面或待需修复部位，在光纤激光器激光输出功率P＝1.6KW，扫描速度V＝6mm/s，光斑尺寸d＝4mm的工艺参数下，进行激光熔覆工作。
实施例3:
一种904L不锈钢的激光熔覆增强剂及熔覆方法，所述激光熔覆剂由Co、Cr、Fe、Ni、Ti的金属粉末组成，其中按质量份计，包括有：Cr 40份、Fe 22份、Ni 20份、Co 21份、和Ti10份。
所述Co、Cr、Fe、Ni、Ti的金属粉末，其纯度均大于99.6％。
所述Co、Cr、Fe、Ni、Ti的金属粉末的粒度为220～250目，其制备方法是按配方中的质量份称取各金属粉末，混合后研磨使之充分混合即可。
研磨的时间为5小时。
利用上述904L不锈钢的激光熔覆增强剂进行熔覆的方法，是将制得的增强剂置于需要熔覆的904L奥氏体超级不锈钢制品表面或待需修复部位，在光纤激光器激光输出功率P＝2.2KW，扫描速度V＝9mm/s，光斑尺寸d＝7mm的工艺参数下，进行激光熔覆工作。

Claims (8)

1.一种904L不锈钢的激光熔覆增强剂，其特征在于：由Co、Cr、Fe、Ni、Ti的金属粉末组成，其中按质量份计，包括有：Cr 28～40份、Fe 13～22份、Ni 10～20份、Co 11～21份、和Ti3～10份。
2.根据权利要求1所述的904L不锈钢的激光熔覆增强剂，其特征在于：所述增强剂按质量份计，包括有：Cr32～36份、Fe16～19份、Ni 14～16份、Co 15～17份、和Ti 5～8份。
3.根据权利要求2所述的904L不锈钢的激光熔覆增强剂，其特征在于：所述增强剂按质量份计，包括有：Cr34份、Fe 18份、Ni 15份、Co 16份、和Ti 7份。
4.根据权利要求1所述的904L不锈钢的激光熔覆增强剂，其特征在于：所述Co、Cr、Fe、Ni、Ti的金属粉末，其纯度均大于99.6％。
5.根据权利要求1所述的904L不锈钢的激光熔覆增强剂，其特征在于：所述Co、Cr、Fe、Ni、Ti的金属粉末的粒度为150～250目，其制备方法是按配方中的质量份称取各金属粉末，混合后研磨使之充分混合即可。
6.根据权利要求5所述的904L不锈钢的激光熔覆增强剂，其特征在于：研磨的时间为2～5小时。
7.一种利用权利要求1-6任一项所述的904L不锈钢的激光熔覆增强剂进行熔覆的方法，其特征在于：是将制得的增强剂置于需要熔覆的904L奥氏体超级不锈钢制品表面或待需修复部位，在光纤激光器激光输出功率P＝1.6～2.2KW，扫描速度V＝6～9mm/s，光斑尺寸d＝4～7mm的工艺参数下，进行激光熔覆工作。
8.根据权利要求7所述的利用904L不锈钢的激光熔覆增强剂进行熔覆的方法，其特征在于：所述光纤激光器激光输出功率P＝2.0KW，扫描速度V＝7mm/s，光斑尺寸d＝6mm，搭接率为40％。
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