CN107326221A - 钴基合金及其所述钴基合金制备的熔覆层 - Google Patents

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Abstract

一种钴基合金及其所述钴基合金制备的熔覆层，所述钴基合金，包含钴Co、镍Ni、铬Cr、铁Fe、硅Si、钨W、碳C和铝Al元素，按重量计所述钴基合金的具体化学成分为：Ni19～22.5wt％，Cr18～19.5wt％，Al7.5～10.5wt％，Fe0.8～1.1wt％，Si0.7～1.0wt％，W3.0～4.4wt％，C0.6～0.9wt％，余量为Co和小于0.1wt％的不可避免的杂质；Ni与Co的质量百分比大于0.4且小于0.56；Ni与Al的质量百分比大于2且小于2.7。该钴基合金可制备具有高耐磨损性能和抗热疲劳性能的熔覆层，不仅可用于修复和增强制动盘的摩擦层，还可作为制动盘的摩擦层和其他需要承受反复热冲击并伴有摩擦磨损的金属材料表面的保护层，如模具型腔内衬、发动机活塞和内缸、石油管道阀门内壁等环境。

Description

钴基合金及其所述钴基合金制备的熔覆层
技术领域
本发明涉及一种钴基合金及其所述钴基合金制备的熔覆层，属于金属合金材料领域。
背景技术
高速列车在高寒冰雪气候条件下运行过程中实施制动，制动盘会出现严重划伤的情况，在制动盘摩擦面上出现犁沟状的划伤痕迹，深度可达5mm以上。引起严重划伤的原因是粘附在制动盘与闸片上的冰雪夹杂有硬质颗粒，制动过程中冰雪融化而硬质颗粒夹在制动盘与闸片的中间产生磨粒磨损，并产生铁屑。由于冰雪的包覆，铁屑不能顺利排出，并参与到后续的磨粒磨损过程当中，在制动盘摩擦面上产生犁沟状的划痕。
高速列车制动过程会将列车的动能转化为制动盘的热能。常规制动中，制动盘摩擦面最高温度会达到400℃左右，而内层温度只到100℃左右；在紧急制动情况下，制动盘摩擦面会出现热斑，热斑处最高温度会达到900℃左右，而此时内层温度只能达到250℃左右。瞬间剧烈的温度梯度会使制动盘产生极大的热应力。周期性制动所产生的应力会使制动盘摩擦面产生疲劳，最终导致热疲劳开裂，而热疲劳正是制动盘主要的失效形式之一。
因此，针对高寒冰雪气候条件下的制动盘摩擦层的使用材料必须具备极好的耐磨粒磨损性能和抗热疲劳性能。
目前商用的高温耐磨材料主要由钴基和镍基合金组成。在同级别牌号中，钴基合金比镍基合金在同等温度条件下具有更高的强度，且在钴基合金系列中以碳化物析出进行沉淀强化的合金具有极好的抗磨粒磨损性能。其中Stellite系列(注册商标)的Co-Cr-W-C类钴基合金就同时具备极好的耐磨性和高温强度，此合金系列也广泛用于承受反复热冲击并伴有摩擦磨损的金属材料表面熔覆层。但是如同高速列车制动盘这种剧烈温度变化、高速摩擦的工况而言，对于高温耐磨合金仍是一种挑战。以Stellite6，Stellite12和StelliteF钴基合金熔覆层材料为例，其主要的相组成为面心立方的γ-Co和成网状分布的碳化物。网状碳化物在热疲劳过程中容易为裂纹提供快速扩展的路径，这是由于γ-Co与碳化物的热膨胀系数不一样，周期性能热循环过程会使Co与碳化物在相界面失配，产生沿晶裂纹。同时，通过熔敷过程直接获得的铸态熔敷层是面心立方的γ-Co，但在热疲劳过程中，由于有热能的输入，会使面心立方的γ-Co发生马氏体相变，转成更稳定的δ-Co(钴在417℃以下以密排六方的δ-Co为稳定相)。γ-Co与δ-Co的相界面也成为热疲劳裂纹扩展的路径，产生穿晶型裂纹。
针对制动盘摩擦层高温热疲劳及磨粒磨损的服役特性，以及目前商用高温耐磨的钴基合金的不足之处，极其有必要针对制动盘摩擦层设计一种兼备优良热疲劳性能及抗磨粒磨损性能的合金材料来修复和增强制动盘的摩擦层。
发明内容
本发明的第一发明目的是提供一种钴基合金，该钴基合金可制备具有高耐磨损性能和抗热疲劳性能的熔覆层，用于修复和增强制动盘的摩擦层。
本发明实现其第一发明目的所采取的技术方案是：一种钴基合金，包含钴Co、镍Ni、铬Cr、铁Fe、硅Si、钨W和碳C元素，其技术特点是：所述钴基合金还包括铝Al元素，按重量计所述钴基合金的具体化学成分为：Ni 19～22.5wt％，Cr 18～19.5wt％，Al 7.5～10.5wt％，Fe 0.8～1.1wt％，Si 0.7～1.0wt％，W 3.0～4.4wt％，C 0.6～0.9wt％，余量为Co和小于0.1wt％的不可避免的杂质；Ni与Co的质量百分比大于0.40且小于0.56；Ni与Al的质量百分比大于2.0且小于2.7。
以常规合金制备方法，按照上述化学成分制备钴基合金，作为进一步制备熔覆层的合金半成品(在制备钴基合金熔覆层时会完全熔化)。因所述钴基合金作为制备钴基合金熔覆层的合金半成品，所以仅需控制所述钴基合金的化学成分。
与现有技术相比，上述钴基合金的有益效果是：
一、试验验证，控制Ni与Co的质量百分数之和大于60wt％，可保证上述钴基合金制备的熔覆层的主要相组成为面心立方的γ-Co；结合Ni与Al的质量百分数之和大于22wt％，Ni与Al的质量百分比大于2∶1且小于2.7∶1，使上述钴基合金制备的熔覆层中存在高熔点的(Co，Ni)Al金属间化合物。(Co，Ni)Al金属间化合物的熔点约为1600℃，在制备熔覆层的冷却凝固过程中，高熔点的(Co，Ni)Al金属间化合物会优先从液态熔融金属中析出，形成其余液态金属的形核质点，有效的细化了钴基合金熔覆层的晶粒尺寸，提高了制备的钴基合金熔覆层的强度，同时也提高了钴基合金熔覆层的韧性与硬度。
二、试验验证，控制Ni与Co的质量百分比大于0.4且小于0.56可保证上述钴基合金制备的熔覆层中Ni能无限固溶于Co基体中，以置换原子存在于Co固溶体中，提高γ-Co固溶体的马氏体转变能，适当比例的Ni元素能稳定高温及塑性变形下面心立方的γ-Co相，能保证合金基体面心立方的γ-Co相在800℃以下不发生马氏体转变生成密排六方的δ-Co相，一定程度上避免了且γ-Co与δ-Co相界面的形成。同时，面心立方的γ-Co基体相对于密排六方的δ-Co基体具有更好的塑性。
三、上述钴基合金通过控制C元素含量，使上述钴基合金制备的熔覆层中碳化物以细小的颗粒状弥散的分布在γ-Co基体中或γ-Co与(Co，Ni)Al相界上，这样细小弥散的碳化物既可以提高合金的抗磨粒磨损的性能，同时也阻断了热裂纹快速扩展的路径。
通过上述钴基合金可制备具有高耐磨损性能和抗热疲劳性能的熔覆层，用于修复和增强制动盘的摩擦层。通过上述钴基合金修复和增强制动盘的摩擦层的具体方法是：
S1、对制动盘摩擦层进行车削，使其恢复平整，露出新鲜金属，并将表面油污去除；
S2、将所述钴基合金熔化并沉积在需要修复的制动盘摩擦面上，并与铸钢制动盘基体形成良好的冶金结合界面，沉积的摩擦层厚度在2.5～3mm之间；此处将钴基合金熔化并沉积在需要修复的制动盘摩擦面上可采用多道多层激光熔敷的方法；
S3、对沉积所述钴基合金后的制动盘摩擦面进行车削或磨削，使摩擦面恢复平整，达到制动盘使用的尺寸要求。
进一步，所述钴基合金为粉材、丝材或带材。相比于其他形态钴基合金，粉材、丝材或带材的钴基合金制备简单，有利于制备钴基合金熔覆层。
制备粉材、丝材或带材钴基合金的制备方法如下：制作粉材、丝材和带材的第一个步骤都相同，即按上述钴基合金的化学成分选取高纯金属铸锭配料，并采用真空感应加热炉对合金进行熔炼，获得合金铸锭；对于粉材钴基合金：可采用气雾化的方法进行制粉，其过程是将上述获得的合金铸锭装入制粉雾化塔内，熔化成金属液体，让其通过陶瓷漏斗进入雾化舱内，同时采用高压高纯惰性气体将金属液体吹散成雾状。雾状金属液体在雾化舱内冷却凝固，形成球形粉末；对于丝材钴基合金：可采用锻压拔丝的方法制备，其过程是将获得的合金铸锭会锻压成一定直径的圆柱，通过加热使其软化在进行多级拔丝，每级拔丝都会使圆柱直径缩小，直至获得所要求的直径；对于带材钴基合金：可采用锻压轧制的方法制备，其过程是将获得的合金铸锭会锻压成一定尺寸的方形柱材，然后采用热轧进行多级轧制，直至获得所需厚度的带材，最后对带材进行裁剪，获得所需宽度的带材。
本发明的第二发明目的是提供一种上述钴基合金制备的钴基合金熔覆层，所述熔覆层具有高耐磨损性能和抗热疲劳性能的熔覆层，不仅可用于修复和增强制动盘的摩擦层，还可作为制动盘的摩擦层和其他需要承受反复热冲击并伴有摩擦磨损的金属材料表面的保护层，如模具型腔内衬、发动机活塞和内缸、石油管道阀门内壁等环境。
本发明实现其第二发明目的所采用的技术方案是：一种上述钴基合金制备的钴基合金熔覆层，所述钴基合金熔覆层由所述钴基合金经高温熔化并沉积在基体表层制备而成，所述钴基合金熔覆层的主要相组成为面心立方的γ-Co、弥散分布的细小颗粒状的富Cr和富W碳化物以及高熔点的(Co，Ni)Al金属间化合物，且所述面心立方的γ-Co在800℃以下温度能稳定存在，不会发生马氏体转变形成密排六方的δ-Co。
与现有技术相比，上述钴基合金熔覆层的有益效果是：
基于上述钴基合金的化学成分元素的配比，由上述钴基合金经高温熔化并沉积在基体表层制备得到的钴基合金熔覆层具有优良热疲劳性能及抗磨粒磨损性能，具体分析如下：
一、面心立方的γ-Co基体相对于密排六方的δ-Co基体具有更好的塑性；同时，面心立方的γ-Co在800℃以下温度能稳定存在，即在高速列车制动过程中不会发生马氏体转变形成密排六方的δ-Co，一定程度上避免了γ-Co与δ-Co相界面，防止了为制动过程中的热裂纹扩展；
二、现有技术热疲劳过程中热裂纹沿网状碳化物与钴基体相界面进行快速扩展，导致沿晶裂纹的产生，而在本钴基合金熔覆层中，碳化物以细小的颗粒状弥散的分布在γ-Co基体中或γ-Co与(Co，Ni)Al相界上，既可以提高合金的抗磨粒磨损的性能，同时也阻断了热裂纹快速扩展的路径；
三、本钴基合金熔覆层中碳含量较少，析出碳化物对合金的沉淀强化作用相对较弱，以析出的高熔点的(Co，Ni)Al金属间化合物作为沉淀强化相。(Co，Ni)Al金属间化合物的熔点高，约为1600℃，在冷却凝固过程中高熔点的(Co，Ni)Al金属间化合物优先从液态熔融金属中析出，形成其余液态金属的形核质点，有效的细化了熔敷钴基合金的晶粒尺寸，提高了钴基合金熔覆层的强度，韧性与硬度。
进一步，所述钴基合金熔覆层的硬度为41～51HRC，室温断后延伸率为7～12％，室温屈服强度为800～1000MPa，室温抗拉强度为1150～1350MPa。
高硬度使熔覆层具有强耐磨性能，7～12％的室温断后延伸率保证了熔覆层的韧性，800～1000MPa的高屈服强度使熔覆层具有较强的抗塑性变形能力，1150～1350MPa的高抗拉强度使熔覆层具有较强的抵抗热疲劳开裂失效的能力。
进一步，所述钴基合金熔覆层的技术特点是：在热暴露过程中或热疲劳过程中，所述钴基合金熔覆层的硬度会增加；随着热暴露或热疲劳时间延长，钴基合金熔覆层的硬度趋近于51HRC。
所述钴基合金熔覆层中γ-Co为过固溶态，大量的Cr、W和C元素固溶进γ-Co中，在热暴露或热疲劳过程中，高温为固溶元素提供了驱动力，并以极细小的碳化物形式在γ-Co基体中析出，析出碳化物进一步以沉淀强化的形式强化了所述钴基合金熔覆层的硬度。
为制备上述钴基合金熔覆层，本发明还提供了一种上述钴基合金熔覆层的制备方法。所述钴基合金熔覆层的制备方法包括首先通过可移动的高能热源将钴基合金熔化成液态金属，沉积在基体表面；同时高能热源的能量和液态金属的热能使基体表层熔化；液态金属和基体表层在高能热源移走后快速凝固冷却，即可获得铸态的钴基合金熔敷层。
进一步，所述钴基合金熔覆层的制备方法包括激光熔敷；所述激光熔敷制备钴基合金熔覆层的工艺参数为：激光功率：500～3000W；光斑直径：3～10mm；激光光斑离焦量：20～70mm，正离焦；送粉率：10～30g/min；保护气体流量：10～35L/min；送粉气体流量：2～6L/min；行走速度：110～500mm/min。
由于激光熔覆的方法热量集中，加热和冷却速度都很快，对基体热输入量小，热影响区小，使用激光熔覆方法制备所述钴基合金熔覆层，可迅速将钴基合金熔化成液态金属沉积在基体表面，又可快速凝固冷却，保证基体不变形。
更进一步，所述激光熔敷制备钴基合金熔覆层的优选工艺参数为：激光功率：1600～2400W；光斑直径：4～5mm；激光光斑离焦量：30～40mm，正离焦；送粉率：13～16g/min；保护气体流量：25～30L/min；送粉气体流量：3～3.5L/min；行走速度：200～260mm/min。
实验验证，使用上述参数制备钴基合金熔覆层可保证熔覆层成型良好，无气孔、裂纹和未熔合等缺陷；熔敷层组织均匀致密；基体稀释率小，热影响区小。
进一步，所述钴基合金熔覆层的制备方法包括等离子喷焊；所述等离子喷焊制备钴基合金熔覆层的工艺参数为：非转移弧电压：15～36V；工作电流：100～300A；送粉率：15～45g/min；行走速度：50～200mm/min；摆弧宽度：16～30mm；摆弧速度：800～1500mm/min；离子气流量：100～300L/min，送粉气流量：200～400L/min；保护气流量：450～600L/min。
等离子喷焊的方法热量集中，加热速度快，使用等离子喷焊方法制备所述钴基合金熔覆层，由于等离子弧为连续工作，造成基体冷却相对较慢，形成的过渡区域较深，有利于硬面基体材料的应力释放。
更进一步，所述等离子喷焊制备钴基合金熔覆层的优选工艺参数为：非转移弧电压：16～18V；工作电流：110～130A；送粉率：24～28g/min；行走速度：80～100mm/min；摆弧宽度：22～24mm；摆弧速度：1000～1200mm/min；离子气流量：140～150L/min，送粉气流量：280～300L/min；保护气流量：480～510L/min。
实验验证，使用上述参数制备钴基合金熔覆层可保证熔覆层成型良好，无气孔、裂纹和未熔合等缺陷；熔敷层组织均匀致密.熔敷层残余应力小。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例一制备的钴基合金熔覆层的金相组织图。
图2为本发明实施例一制备的钴基合金熔覆层在焊态和经过不同热暴露温度后的XRD图。
图3为本发明实施例一制备的钴基合金熔覆层在焊态和经过不同热暴露温度后的硬度测量图。
图4为本发明实施例一制备的钴基合金熔覆层在不同温度下的拉伸强度测量图。
图5为本发明实施例一制备的钴基合金熔覆层在不同温度下的断后延伸率测量图。
图6为本发明实施例一制备的钴基合金熔覆层的纵截面金相形貌图。
图7为本发明实施例二制备的钴基合金熔覆层的纵截面金相形貌图。
图8为本发明实施例三制备的钴基合金熔覆层的纵截面金相形貌图。
具体实施方式
实施例一
一种钴基合金，包含钴Co、镍Ni、铬Cr、铁Fe、硅Si、钨W和碳C元素，所述钴基合金还包括铝Al元素，按重量计所述钴基合金的具体化学成分为：Ni 19wt％，Cr 18wt％，Al8.5wt％，Fe 1.1wt％，Si 1.0wt％，W 4.4wt％，C 0.9wt％，余量为Co和小于0.1wt％的不可避免的杂质；Ni与Co的质量百分比约为0.40；Ni与Al的质量百分比约为2.24。所述钴基合金为80～150μm粉材。
一种上述钴基合金制备的钴基合金熔覆层，所述钴基合金熔覆层由所述钴基合金经高温熔化并沉积在基体表层制备而成，本例中制备方法为激光熔敷，所用工艺参数为：激光功率1800W；光斑直径4mm；激光光斑离焦量30mm，正离焦；送粉率16g/min；保护气体流量30L/min；送粉气体流量3L/min；行走速度250mm/min。
图1为本实施例制备钴基合金熔覆层的金相组织，图2为本实施例制备的钴基合金熔覆层在焊态和经过不同热暴露温度后的XRD图。由图1、图2可知，所述钴基合金熔覆层的主要相组成为面心立方的γ-Co、弥散分布细小颗粒状的富Cr和富W碳化物以及高熔点的(Co，Ni)Al金属间化合物，且所述面心立方的γ-Co在800℃以下温度能稳定存在，不会发生马氏体转变形成密排六方的δ-Co。
图3为本实施例制备的钴基合金熔覆层在焊态和经过不同热暴露温度后的硬度测量图。由图可知，所述钴基合金熔覆层的硬度为41～51HRC，在热暴露过程中或热疲劳过程中，钴基合金熔覆层的硬度会增加；随着热暴露或热疲劳时间延长，钴基合金熔覆层的硬度趋近于51HRC。
图4和图5为本实施例制备的钴基合金熔覆层在不同温度下拉伸强度测量图和断后延伸率测量图。由图可知，所述钴基合金熔覆层的室温断后延伸率为9～9.5％，室温屈服强度为850～900MPa，室温抗拉强度为1250～1300MPa。图6为本实施例采用激光熔敷将钴基合金沉积在基体上形成钴基合金熔覆层，从纵截面剖开所述熔覆层，通过研磨、抛光和腐蚀，得到的截面金相形貌图。从图中可以看出，本实施例所用激光功率适中，送粉量匹配合适，获得的熔覆层的宽度与高度适中，对基体稀释率较小，成型良好，且无气孔、裂纹和未熔合等缺陷。
实施例二
一种钴基合金，包含钴Co、镍Ni、铬Cr、铁Fe、硅Si、钨W和碳C元素，所述钴基合金还包括铝Al元素，按重量计所述钴基合金的具体化学成分为：Ni 22.5wt％，Cr 19.5wt％，Al10.5wt％，Fe 1.1wt％，Si 1.0wt％，W 4.4wt％，C 0.9wt％，余量为Co和小于0.1wt％的不可避免的杂质；Ni与Co的质量百分比约为0.56，Ni与Al的质量百分比约为2.14。所述钴基合金为80～150μm粉材。
一种上述钴基合金制备的钴基合金熔覆层，所述钴基合金熔覆层由所述钴基合金经高温熔化并沉积在基体表层制备而成，本例中制备方法为激光熔敷，所用工艺参数为：激光功率1500W；光斑直径4mm；激光光斑离焦量30mm，正离焦；送粉率14g/min；保护气体流量28L/min；送粉气体流量3L/min；行走速度250mm/min。
本例中所述钴基合金熔覆层的主要相组成为面心立方的γ-Co、弥散分布细小颗粒状的富Cr和富W碳化物以及高熔点的(Co，Ni)Al金属间化合物，且所述面心立方的γ-Co在800℃以下温度能稳定存在，不会发生马氏体转变形成密排六方的δ-Co。
本例中所述钴基合金熔覆层的硬度为41～51HRC，在热暴露过程中或热疲劳过程中，钴基合金熔覆层的硬度会增加；随着热暴露或热疲劳时间延长，钴基合金熔覆层的硬度趋近于51HRC。
本例中所述钴基合金熔覆层的室温断后延伸率为7～12％，室温屈服强度为800～1000MPa，室温抗拉强度为1150～1350MPa。
图7为本实施例采用激光熔敷将钴基合金沉积在基体上形成钴基合金熔覆层，从纵截面剖开所述熔覆层，通过研磨、抛光和腐蚀，得到的截面金相形貌图。从图中可以看出，本实施例所用激光功率和送粉量偏小，获得的熔覆层的高度较低，对基体稀释率较大，但依然可得到成型良好，且无气孔、裂纹和未熔合等缺陷的熔覆层。
实施例三
一种钴基合金，包含钴Co、镍Ni、铬Cr、铁Fe、硅Si、钨W和碳C元素，所述钴基合金还包括铝Al元素，按重量计所述钴基合金的具体化学成分为：Ni 20wt％，Cr 19.5wt％，Al7.5wt％，Fe 1.1wt％，Si 1.0wt％，W 4.4wt％，C 0.9wt％，余量为Co和小于0.1wt％的不可避免的杂质；Ni与Co的质量百分比约为0.44，Ni与Al的质量百分约比为2.67。所述钴基合金为80～150μm粉材。
一种上述钴基合金制备的钴基合金熔覆层，所述钴基合金熔覆层由所述钴基合金经高温熔化并沉积在基体表层制备而成，本例中制备方法为激光熔敷，所用工艺参数为：激光功率2200W；光斑直径5mm；激光光斑离焦量40mm，正离焦；送粉率16g/min；保护气体流量30L/min；送粉气体流量3L/min；行走速度220mm/min。
本例中所述钴基合金熔覆层的主要相组成为面心立方的γ-Co、弥散分布细小颗粒状的富Cr和富W碳化物以及高熔点的(Co，Ni)Al金属间化合物，且所述面心立方的γ-Co在800℃以下温度能稳定存在，不会发生马氏体转变形成密排六方的δ-Co。
本例中所述钴基合金熔覆层的硬度为41～51HRC，在热暴露过程中或热疲劳过程中，钴基合金熔覆层的硬度会增加；随着热暴露或热疲劳时间延长，钴基合金熔覆层的硬度趋近于51HRC。
本例中所述钴基合金熔覆层的室温断后延伸率为7～12％，室温屈服强度为800～1000MPa，室温抗拉强度为1150～1350MPa。图8为本实施例采用激光熔敷将钴基合金沉积在基体上形成钴基合金熔覆层，从纵截面剖开所述熔覆层，通过研磨、抛光和腐蚀，得到的截面金相形貌图。从图中可以看出，本实施例所用激光功率偏大，获得的熔覆层的高度较低，宽度较大，对基体稀释率也较大，但依然可得到成型良好，且无气孔、裂纹和未熔合等缺陷的熔覆层。
实施例四
一种钴基合金，包含钴Co、镍Ni、铬Cr、铁Fe、硅Si、钨W和碳C元素，所述钴基合金还包括铝Al元素，按重量计所述钴基合金的具体化学成分为：Ni 19wt％，Cr 18wt％，Al8.5wt％，Fe 1.1wt％，Si 1.0wt％，W 4.4wt％，C 0.9wt％，余量为Co和小于0.1wt％的不可避免的杂质；Ni与Co的质量百分比约为0.40；Ni与Al的质量百分比约为2.24。所述钴基合金为带材。
一种上述钴基合金制备的钴基合金熔覆层，所述钴基合金熔覆层由所述钴基合金经高温熔化并沉积在基体表层制备而成，本例中制备方法为激光熔敷，所用工艺参数为：激光功率1600W；光斑直径4.5mm；激光光斑离焦量33mm，正离焦；送粉率13g/min；保护气体流量25L/min；送粉气体流量3.5L/min；行走速度200mm/min。
本例中所述钴基合金熔覆层的主要相组成为面心立方的γ-Co、弥散分布细小颗粒状的富Cr和富W碳化物以及高熔点的(Co，Ni)Al金属间化合物，且所述面心立方的γ-Co在800℃以下温度能稳定存在，不会发生马氏体转变形成密排六方的δ-Co。
本例中所述钴基合金熔覆层的硬度为41～51HRC，在热暴露过程中或热疲劳过程中，钴基合金熔覆层的硬度会增加；随着热暴露或热疲劳时间延长，钴基合金熔覆层的硬度趋近于51HRC。
本例中所述钴基合金熔覆层的室温断后延伸率为7～12％，室温屈服强度为800～1000MPa，室温抗拉强度为1150～1350MPa。
实施例五
一种钴基合金，包含钴Co、镍Ni、铬Cr、铁Fe、硅Si、钨W和碳C元素，所述钴基合金还包括铝Al元素，按重量计所述钴基合金的具体化学成分为：Ni 19wt％，Cr 18wt％，Al8.5wt％，Fe 1.1wt％，Si 1.0wt％，W 4.4wt％，C 0.9wt％，余量为Co和小于0.1wt％的不可避免的杂质；Ni与Co的质量百分比约为0.40；Ni与Al的质量百分比约为2.24。所述钴基合金为丝材。
一种上述钴基合金制备的钴基合金熔覆层，所述钴基合金熔覆层由所述钴基合金经高温熔化并沉积在基体表层制备而成，本例中制备方法为激光熔敷，所用工艺参数为：激光功率2400W；光斑直径4.5mm；激光光斑离焦量37mm，正离焦；送粉率15g/min；保护气体流量27L/min；送粉气体流量3.5L/min；行走速度260mm/min。
本例中所述钴基合金熔覆层的主要相组成为面心立方的γ-Co、弥散分布细小颗粒状的富Cr和富W碳化物以及高熔点的(Co，Ni)Al金属间化合物，且所述面心立方的γ-Co在800℃以下温度能稳定存在，不会发生马氏体转变形成密排六方的δ-Co。
本例中所述钴基合金熔覆层的硬度为41～51HRC，在热暴露过程中或热疲劳过程中，钴基合金熔覆层的硬度会增加；随着热暴露或热疲劳时间延长，钴基合金熔覆层的硬度趋近于51HRC。
本例中所述钴基合金熔覆层的室温断后延伸率为7～12％，室温屈服强度为800～1000MPa，室温抗拉强度为1150～1350MPa。
实施例六
一种钴基合金，包含钴Co、镍Ni、铬Cr、铁Fe、硅Si、钨W和碳C元素，所述钴基合金还包括铝Al元素，按重量计所述钴基合金的具体化学成分为：Ni 21wt％，Cr 19wt％，Al9wt％，Fe 0.8wt％，Si 0.7wt％，W 3.0wt％，C 0.6wt％，余量为Co和小于0.1wt％的不可避免的杂质；Ni与Co的质量百分比约为0.46，Ni与Al的质量百分约比为2.33。所述钴基合金为80～150μm粉材。
一种上述钴基合金制备的钴基合金熔覆层，所述钴基合金熔覆层由所述钴基合金经高温熔化并沉积在基体表层制备而成，本例中制备方法为激光熔敷，所用工艺参数为：激光功率500W；光斑直径10mm；激光光斑离焦量20mm，正离焦；送粉率10g/min；保护气体流量10L/min；送粉气体流量2L/min；行走速度110mm/min。
本例中所述钴基合金熔覆层的主要相组成为面心立方的γ-Co、弥散分布细小颗粒状的富Cr和富W碳化物以及高熔点的(Co，Ni)Al金属间化合物，且所述面心立方的γ-Co在800℃以下温度能稳定存在，不会发生马氏体转变形成密排六方的δ-Co。
本例中所述钴基合金熔覆层的硬度为41～51HRC，在热暴露过程中或热疲劳过程中，钴基合金熔覆层的硬度会增加；随着热暴露或热疲劳时间延长，钴基合金熔覆层的硬度趋近于51HRC。
本例中所述钴基合金熔覆层的室温断后延伸率为7～12％，室温屈服强度为800～1000MPa，室温抗拉强度为1150～1350MPa。
实施例七
一种钴基合金，包含钴Co、镍Ni、铬Cr、铁Fe、硅Si、钨W和碳C元素，所述钴基合金还包括铝Al元素，按重量计所述钴基合金的具体化学成分为：Ni 21.5wt％，Cr 18.5wt％，Al9.5wt％，Fe 1.0wt％，Si 0.8wt％，W 4wt％，C 0.75wt％，余量为Co和小于0.1wt％的不可避免的杂质；Ni与Co的质量百分比约为0.49，Ni与Al的质量百分约比为2.26。所述钴基合金为80～150μm粉材。
一种上述钴基合金制备的钴基合金熔覆层，所述钴基合金熔覆层由所述钴基合金经高温熔化并沉积在基体表层制备而成，本例中制备方法为激光熔敷，所用工艺参数为：激光功率3000W；光斑直径3mm；激光光斑离焦量70mm，正离焦；送粉率30g/min；保护气体流量35L/min；送粉气体流量6L/min；行走速度500mm/min。
本例中所述钴基合金熔覆层的主要相组成为面心立方的γ-Co、弥散分布细小颗粒状的富Cr和富W碳化物以及高熔点的(Co，Ni)Al金属间化合物，且所述面心立方的γ-Co在800℃以下温度能稳定存在，不会发生马氏体转变形成密排六方的δ-Co。
本例中所述钴基合金熔覆层的硬度为41～51HRC，在热暴露过程中或热疲劳过程中，钴基合金熔覆层的硬度会增加；随着热暴露或热疲劳时间延长，钴基合金熔覆层的硬度趋近于51HRC。
本例中所述钴基合金熔覆层的室温断后延伸率为7～12％，室温屈服强度为800～1000MPa，室温抗拉强度为1150～1350MPa。
实施例八
一种钴基合金，包含钴Co、镍Ni、铬Cr、铁Fe、硅Si、钨W和碳C元素，所述钴基合金还包括铝Al元素，按重量计所述钴基合金的具体化学成分为：Ni 20wt％，Cr 18wt％，Al10wt％，Fe 1.1wt％，Si 1.0wt％，W 4.4wt％，C 0.9wt％，余量为Co和小于0.1wt％的不可避免的杂质；Ni与Co的质量百分比约为0.45；Ni与Al的质量百分比约为2.00。所述钴基合金为粉材。
一种上述钴基合金制备的钴基合金熔覆层，所述钴基合金熔覆层由所述钴基合金经高温熔化并沉积在基体表层制备而成，本例中制备方法为等离子喷焊；所述工艺参数为：非转移弧电压16V；工作电流110A；送粉率24g/min；行走速度80mm/min；摆弧宽度22mm；摆弧速度1000mm/min；离子气流量140L/min，送粉气流量280L/min；保护气流量480L/min。
本例中所述钴基合金熔覆层的主要相组成为面心立方的γ-Co、弥散分布细小颗粒状的富Cr和富W碳化物以及高熔点的(Co，Ni)Al金属间化合物，且所述面心立方的γ-Co在800℃以下温度能稳定存在，不会发生马氏体转变形成密排六方的δ-Co。
本例中所述钴基合金熔覆层的硬度为41～51HRC，在热暴露过程中或热疲劳过程中，钴基合金熔覆层的硬度会增加；随着热暴露或热疲劳时间延长，钴基合金熔覆层的硬度趋近于51HRC。
本例中所述钴基合金熔覆层的室温断后延伸率为7～12％，室温屈服强度为800～1000MPa，室温抗拉强度为1150～1350MPa。
实施例九
一种钴基合金，包含钴Co、镍Ni、铬Cr、铁Fe、硅Si、钨W和碳C元素，所述钴基合金还包括铝Al元素，按重量计所述钴基合金的具体化学成分为：Ni 19wt％，Cr 18wt％，Al8.5wt％，Fe 1.1wt％，Si 1.0wt％，W 4.4wt％，C 0.9wt％，余量为Co和小于0.1wt％的不可避免的杂质；Ni与Co的质量百分比约为0.40；Ni与Al的质量百分比约为2.24。所述钴基合金为80～150μm粉材。
一种上述钴基合金制备的钴基合金熔覆层，所述钴基合金熔覆层由所述钴基合金经高温熔化并沉积在基体表层制备而成，本例中制备方法为等离子喷焊；所述工艺参数为：非转移弧电压18V；工作电流130A；送粉率28g/min；行走速度100mm/min；摆弧宽度24mm；摆弧速度1200mm/min；离子气流量150L/min，送粉气流量300L/min；保护气流量510L/min。
本例中所述钴基合金熔覆层的主要相组成为面心立方的γ-Co、弥散分布细小颗粒状的富Cr和富W碳化物以及高熔点的(Co，Ni)Al金属间化合物，且所述面心立方的γ-Co在800℃以下温度能稳定存在，不会发生马氏体转变形成密排六方的δ-Co。
本例中所述钴基合金熔覆层的硬度为41～51HRC，在热暴露过程中或热疲劳过程中，钴基合金熔覆层的硬度会增加；随着热暴露或热疲劳时间延长，钴基合金熔覆层的硬度趋近于51HRC。
本例中所述钴基合金熔覆层的室温断后延伸率为7～12％，室温屈服强度为800～1000MPa，室温抗拉强度为1150～1350MPa。
实施例十
一种钴基合金，包含钴Co、镍Ni、铬Cr、铁Fe、硅Si、钨W和碳C元素，所述钴基合金还包括铝Al元素，按重量计所述钴基合金的具体化学成分为：Ni 19wt％，Cr 18wt％，Al8.5wt％，Fe 1.1wt％，Si 1.0wt％，W 4.4wt％，C 0.9wt％，余量为Co和小于0.1wt％的不可避免的杂质；Ni与Co的质量百分比约为0.40；Ni与Al的质量百分比约为2.24。所述钴基合金为80～150μm粉材。
一种上述钴基合金制备的钴基合金熔覆层，所述钴基合金熔覆层由所述钴基合金经高温熔化并沉积在基体表层制备而成，本例中制备方法为等离子喷焊；所述工艺参数为：非转移弧电压15V；工作电流100A；送粉率15g/min；行走速度50mm/min；摆弧宽度16mm；摆弧速度800mm/min；离子气流量100L/min，送粉气流量200L/min；保护气流量450L/min。
本例中所述钴基合金熔覆层的主要相组成为面心立方的γ-Co、弥散分布细小颗粒状的富Cr和富W碳化物以及高熔点的(Co，Ni)Al金属间化合物，且所述面心立方的γ-Co在800℃以下温度能稳定存在，不会发生马氏体转变形成密排六方的δ-Co。
本例中所述钴基合金熔覆层的硬度为41～51HRC，在热暴露过程中或热疲劳过程中，钴基合金熔覆层的硬度会增加；随着热暴露或热疲劳时间延长，钴基合金熔覆层的硬度趋近于51HRC。
本例中所述钴基合金熔覆层的室温断后延伸率为7～12％，室温屈服强度为800～1000MPa，室温抗拉强度为1150～1350MPa。
实施例十一
一种钴基合金，包含钴Co、镍Ni、铬Cr、铁Fe、硅Si、钨W和碳C元素，所述钴基合金还包括铝Al元素，按重量计所述钴基合金的具体化学成分为：Ni 19wt％，Cr 18wt％，Al8.5wt％，Fe 1.1wt％，Si 1.0wt％，W 4.4wt％，C 0.9wt％，余量为Co和小于0.1wt％的不可避免的杂质；Ni与Co的质量百分比约为0.40；Ni与Al的质量百分比约为2.24。所述钴基合金为80～150μm粉材。
一种上述钴基合金制备的钴基合金熔覆层，所述钴基合金熔覆层由所述钴基合金经高温熔化并沉积在基体表层制备而成，本例中制备方法为等离子喷焊；所述工艺参数为：非转移弧电压36V；工作电流300A；送粉率45g/min；行走速度200mm/min；摆弧宽度30mm；摆弧速度1500mm/min；离子气流量300L/min，送粉气流量400L/min；保护气流量600L/min。
本例中所述钴基合金熔覆层的主要相组成为面心立方的γ-Co、弥散分布细小颗粒状的富Cr和富W碳化物以及高熔点的(Co，Ni)Al金属间化合物，且所述面心立方的γ-Co在800℃以下温度能稳定存在，不会发生马氏体转变形成密排六方的δ-Co。
本例中所述钴基合金熔覆层的硬度为41～51HRC，在热暴露过程中或热疲劳过程中，钴基合金熔覆层的硬度会增加；随着热暴露或热疲劳时间延长，钴基合金熔覆层的硬度趋近于51HRC。
本例中所述钴基合金熔覆层的室温断后延伸率为7～12％，室温屈服强度为800～1000MPa，室温抗拉强度为1150～1350MPa。

Claims (10)

1.一种钴基合金，包含钴Co、镍Ni、铬Cr、铁Fe、硅Si、钨W和碳C元素，其特征在于：所述钴基合金还包括铝Al元素，按重量计所述钴基合金的具体化学成分为：Ni 19～22.5wt％，Cr 18～19.5wt％，Al 7.5～10.5wt％，Fe 0.8～1.1wt％，Si 0.7～1.0wt％，W 3.0～4.4wt％，C 0.6～0.9wt％，余量为Co和小于0.1wt％的不可避免的杂质；Ni与Co的质量百分比大于0.40且小于0.56；Ni与Al的质量百分比大于2.0且小于2.7。
2.根据权利要求1所述的一种钴基合金，其特征在于：所述钴基合金为粉材、丝材或带材。
3.一种权利要求1或2所述的钴基合金制备的钴基合金熔覆层，其特征在于：所述钴基合金熔覆层由所述钴基合金经高温熔化并沉积在基体表层制备而成，所述钴基合金熔覆层的主要相组成为面心立方的γ-Co、弥散分布细小颗粒状的富Cr和富W碳化物以及高熔点的(Co，Ni)Al金属间化合物，且所述面心立方的γ-Co在800℃以下温度能稳定存在，不会发生马氏体转变形成密排六方的δ-Co。
4.根据权利要求3所述的钴基合金熔覆层，其特征在于：所述钴基合金熔覆层的硬度为41～51HRC，室温断后延伸率为7～12％，室温屈服强度为800～1000MPa，室温抗拉强度为1150～1350MPa。
5.根据权利要求4所述的钴基合金熔覆层，其特征在于：在热暴露过程中或热疲劳过程中，所述钴基合金熔覆层的硬度会增加；随着热暴露或热疲劳时间延长，钴基合金熔覆层的硬度趋近于51HRC。
6.一种权利要求3-5任一所述的钴基合金熔覆层的制备方法，包括首先通过可移动的高能热源将钴基合金熔化成液态金属，沉积在基体表面；同时高能热源的能量和液态金属的热能使基体表层熔化；液态金属和基体表层在高能热源移走后快速凝固冷却，即可获得铸态的钴基合金熔敷层。
7.根据权利要求6所述的钴基合金熔覆层的制备方法，其特征在于：所述钴基合金熔覆层的制备方法包括激光熔敷；所述激光熔敷制备钴基合金熔覆层的工艺参数为：激光功率：500～3000W；光斑直径：3～10mm；激光光斑离焦量：20～70mm，正离焦；送粉率：10～30g/min；保护气体流量：10～35L/min；送粉气体流量：2～6L/min；行走速度：110～500mm/min。
8.根据权利要求7所述的钴基合金熔覆层的制备方法，其特征在于：所述激光熔敷制备钴基合金熔覆层的工艺参数为：激光功率：1600～2400W；光斑直径：4～5mm；激光光斑离焦量：30～40mm，正离焦；送粉率：13～16g/min；保护气体流量：25～30L/min；送粉气体流量：3～3.5L/min；行走速度：200～260mm/min。
9.根据权利要求6所述的钴基合金熔覆层的制备方法，其特征在于：所述钴基合金熔覆层的制备方法包括等离子喷焊；所述等离子喷焊制备钴基合金熔覆层的工艺参数为：非转移弧电压：15～36V；工作电流：100～300A；送粉率：15～45g/min；行走速度：50～200mm/min；摆弧宽度：16～30mm；摆弧速度：800～1500mm/min；离子气流量：100～300L/min，送粉气流量：200～400L/min；保护气流量：450～600L/min。
10.根据权利要求9所述的钴基合金熔覆层的制备方法，其特征在于：所述等离子喷焊制备钴基合金熔覆层的工艺参数为：非转移弧电压：16～18V；工作电流：110～130A；送粉率：24～28g/min；行走速度：80～100mm/min；摆弧宽度：22～24mm；摆弧速度：1000～1200mm/min；离子气流量：140～150L/min，送粉气流量：280～300L/min；保护气流量：480～510L/min。
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