CN108555277A - 一种用于汽轮机叶片激光合金化处理的钴基合金粉末材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种用于汽轮机叶片激光合金化处理的钴基合金粉末，由下述重量百分含量的组分组成：碳：0.50‑1.00%，铬：10.0‑30.0%，硅：0.9‑1.5%，钨：5.0‑10.0%，硼：0.5‑1.0%，镍：1.0‑5.0%，铁：1.0‑5.0%，余量为。本发明的粉末，通过在汽轮机叶片表面进行激光合金化技术处理，有效提高了金属叶片表面的综合性能。本粉末激光合金化处理属于一种激光强化手段，能够有效提高汽轮机叶片耐汽蚀和水蚀的能力，且工艺适应性宽，重复性好，操作性强，可以用于汽轮机叶片表面关键部位的强化处理。
Description
技术领域
本发明属于新型表面处理技术用材料，尤其涉及一种适用于汽轮机叶片表面激光合金化的粉末材料。
背景技术
汽轮机是可以将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械，主要用作发电的原动机，也可直接驱动其他机械装置，广泛用于石油化工、钢铁生产、电力设施等领域。汽轮机叶片是汽轮机系统的关键部件之一，其质量的好坏直接关系到整个电厂的运行效率。汽轮机叶片工作在含有水滴的湿蒸汽中，工作环境相当恶劣，受到离心力、蒸汽作用力、激振力以及湿蒸汽所携带的水滴冲刷的共同作用，使得叶片常常发生水蚀现象，形成很多细小裂纹，甚至出现缺口。由于工作区为湿蒸汽区，含有大量水滴，在很高的转轮速度及离心力下冲蚀叶片，使叶片顶部进汽边产生点蚀而失效，并且叶片抗水蚀能力的高低直接影响到汽轮机的工作效率及安全运行。因此提高汽轮机叶片寿命，强化叶片表面具有重大的意义。
激光表面合金化工艺属于材料表面改性处理的范畴。它是指在高能量激光束的照射下，使基体材料表面一薄层与根据需要加入的合金元素同时快速熔化、混合，形成合金化层。利用激光表面合金化技术可在一些普通的汽轮机叶片表面制造出耐水蚀、耐高温的表面合金，用于取代昂贵的整体合金，节约贵重金属材料和战略材料，使廉价合金获得更广泛的应用，从而提高汽轮机叶片寿命的同时大幅度降低成本。因此，提供一种合金元素比例合理、成本适中、应用效果显著、适用于汽轮机叶片激光合金化处理的合金粉末，是该领域技术人员应着手探寻、研究的问题之一。
发明内容
本发明的目的在于克服上述的问题，提供一种合金元素比例合理、成本适中、应用效果显著、韧性和抗氧化性能良好，能够很好地储存，在激光合金化过程中中不需要对基体预热和后续热处理涂层对裂纹不敏感，无特殊的工况要求，可在合适的参数下获得比基体性能高的合金化层，且激光合金化操作灵活，重复性一致，完全可用于汽轮机叶片的表面强化的适用于汽轮机叶片表面激光合金化的粉末材料。
本发明的技术方案：一种用于汽轮机叶片激光合金化处理的钴基合金粉末材料，由下述重量百分含量的组分组成：
碳：0.50-1.00%，
铬：10.0-30.0%，
硅：0.9-1.5%，
钨：5.0-10.0%，
硼：0.5-1.0%，
镍：1.0-5.0%，
铁：1.0-5.0%，
余量为钴。
优选地，一种用于汽轮机叶片激光合金化处理的钴基合金粉末材料，由下述重量百分含量的组分组成：
碳：0.80%，
铬：20.0%，
硅：1.2%，
钨：8.0%，
硼：0.75%，
镍：3.0%，
铁：3.0%，
余量为Co。
优选地，一种用于汽轮机叶片激光合金化处理的钴基合金粉末材料，由下述重量百分含量的组分组成：
碳：0.60%，
铬：13.5%，
硅：1.0%，
钨：8.0%，
硼：0.6%，
镍：3.0%，
铁：4.0%，
余量为Co。
优选地，该粉末材料的粒径为50-300目。
优选地，该合金粉末为真空气雾化粉末。
本发明所述的激光合金化工艺性能良好，耐高温、耐腐蚀合金粉末的成分设计原理为：
碳 C： 0.50-1.00%
碳会和其它合金元素形成碳化物硬质相。碳化物容易在晶界处聚集，碳含量过高，析出的碳化物增多，因此，将碳含量设定为0.50-1.00%。
铬 Cr：10.0-30.0%
铬能提高合金粉末的抗氧化性能，改善激光合金化工艺性能，并能提高涂层的抗腐蚀性能。同时形成的致密的氧化物膜在一定程度上能阻止氧、氮、硫等腐蚀性气体向涂层内部的扩散，也能阻碍金属离子向外扩散，因此能提高涂层的抗高温氧化能力。因此将铬含量设定为10.0-30.0%。
硅 Si：0.9-1.5%
在激光合金化工艺中，硅可以降低合金粉末的熔点，使合金化涂层更容易形成。因此，作为一种激光合金化专用合金粉末，硅含量设定为0.9-1.5%。
钨W：5.0-10.0%
钨为强碳化物形成元素，形成的碳化物具有高的硬度、高的熔点，在涂层中能够起到第二项强化的作用，提高涂层的强度、硬度和耐磨性。因此，钨含量设定为5.0-10.0%。
硼B：0.5-1.0%
在激光合金化过程中，硼元素能够有效提高涂层淬透性，提高涂层的强度和硬度。但是硼含量太高会显著降低涂层韧性因此设定硼含量为0.5-1.0%。
镍Ni：1.0-5.0%
镍元素能够扩大涂层在非氧化性介质中的钝化范围，有效提高再钝化能力，从而进一步提高合金涂层的抗高温氧化能力。因此将镍元素含量设定为1.0-5.0%。
铁Fe：1.0-5.0%
在激光合金化工艺中铁元素能够促进扩散，增强涂层与基体的结合。因此，铁元素设定为1.0-5.0%。
除上述合金元素中，钢中不免存在S和P这两种有害元素，含量应控制在0.03%以下。
本发明中各化学组分所构成的物质均为粉末形态。
本发明提供的配比的合金粉末韧性和抗氧化性能良好，能够很好地储存。在激光合金化过程中不需要对基体预热和后续热处理涂层对裂纹不敏感，无特殊的工况要求，可在合适的参数下获得比基体性能高的合金化层，且激光合金化操作灵活，重复性一致，完全可用于汽轮机叶片的表面强化。
采用该材料实现激光合金化处理汽轮机叶片的方法具有快速、质量优良、对叶片无伤害，处理后运转安全可靠，延长使用寿命等优点。
具体实施方式
下面对本发明进行详细的说明，但并不是对本发明保护范围的限制。
实施例：
本批次粉末合金化学组成（重量百分比）为碳C：0.60%，铬Cr：13.50%，硅Si：1.0%，钨W：8.0%，硼B：0.6%，镍Ni：3.0%，铁Fe：4.0%，Co：余量。经过筛后的粉末粒径为200目。
一种用于汽轮机叶片激光合金化的钴基合金粉末使用方式如下：
（1）先对叶片处理部位进行清洗，使用丙酮、松香水等除去油污；
（2）将合金粉末和吸光剂按一定比例配成均匀的混合涂料；
（3）在清洗好的叶片表面涂上配好的混合涂料；
（4）调整激光位置至待处理区域，编辑程序,进行激光合金化处理。
经清洗、抛光后采用硬度计测试，合金化区域平均维氏硬度为600Hv。经检测合金化涂层耐汽蚀和水蚀性能良好。
Claims (5)
1.一种用于汽轮机叶片激光合金化处理的钴基合金粉末材料，其特征在于：由下述重量百分含量的组分组成：
碳：0.50-1.00%，
铬：10.0-30.0%，
硅：0.9-1.5%，
钨：5.0-10.0%，
硼：0.5-1.0%，
镍：1.0-5.0%，
铁：1.0-5.0%，
余量为钴。
2.根据权利要求1所述的一种用于汽轮机叶片激光合金化处理的钴基合金粉末材料，其特征在于：由下述重量百分含量的组分组成：
碳：0.80%，
铬：20.0%，
硅：1.2%，
钨：8.0%，
硼：0.75%，
镍：3.0%，
铁：3.0%，
余量为Co。
3.根据权利要求1所述的一种用于汽轮机叶片激光合金化处理的钴基合金粉末材料，其特征在于：由下述重量百分含量的组分组成：
碳：0.60%，
铬：13.5%，
硅：1.0%，
钨：8.0%，
硼：0.6%，
镍：3.0%，
铁：4.0%，
余量为Co。
4.根据权利要求1所述的一种用于汽轮机叶片激光合金化处理的钴基合金粉末材料，其特征在于：该粉末材料的粒径为50-300目。
5.根据权利要求1所述的一种用于汽轮机叶片激光合金化处理的钴基合金粉末材料，其特征在于：该合金粉末为真空气雾化粉末。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180921 |