[发明专利]镍硅钛－碳化钨复合涂层材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光熔覆用镍硅钛-碳化钨复合涂层材料及其制备方法，特别是提供了一种同时包含外加陶瓷相和原位生成陶瓷相复合增强的镍三硅钛金属间化合物涂层材料及其激光熔覆制备方法，属于金属间化合物基复合材料的合成及涂层制备领域。

背景技术

金属间化合物Ni₃Si具有强度-温度异常效应，中温强度高、抗蚀性优良，在酸性溶液、氧化性腐蚀介质、海水、氨水等多种介质中均具有优异的耐腐蚀性能，可采用Ti元素对其进一步合金化以改善其性能(T.Takasugi，M.Nagashima，O.Izumi，Strengthening and ductilization of Ni₃Si by the addition of Ti elements，Acta Metallurgica，1990，v 38，n 5，p 747-755)。尽管作为整体结构材料使用，Ni₃Si仍存在室温韧性不足的问题，但其高温抗氧化和耐蚀性的优异性能，使其具备作为耐蚀涂层的使用条件。

WC陶瓷具有优越的高温性能和磨损性能，是硬质合金和热喷涂材料中的主要增强相。作为增强相，由于WC难于原位生成，故其加入方式为外加法，即直接加入WC陶瓷颗粒(中国发明专利CN-1456707A)。但直接加入的WC陶瓷颗粒在外力作用下易剥落，导致复合材料性能的下降。金属钛具有极强的活性，易与熔化的碳化物陶瓷反应生成TiC(J.A.Folkes，K.Shibata，Laser claddingof Ti-6Al-4V with various carbide powders，Journal of Laser Applications，v 6，n 2，1994，p 88-94)。

烟气轮机是石化行业炼油厂用于催化装置能量回收机组的大型转动设备，其关键部件叶片(GH864)长期工作在高温(700℃左右)、高速(6000r/min)和烟气流的环境下，工作条件较为苛刻。激光熔覆技术在提高烟气轮机叶片使用可靠性方面具有广阔的应用前景(L.Shepeleva，B.Medres，W.D.Kaplan，M.Bamberger and A.Weisheit，Laser cladding of turbine blades.Surface andCoatings Technology，2000，v 125，n 1-3，p 45-48)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍三硅钛金属间化合物涂层材料及其制备方法，以解决因外加陶瓷剥落导致复合材料性能的下降的问题，将激光熔覆与原位合成技术的优点有机地结合在一起，在镍基高温合金基体上激光熔覆制备Ni₃(Si，Ti)金属间化合物、Ni基固溶体、TiC包覆WC陶瓷组成的复合涂层。

本发明是一种激光熔覆用镍硅钛-碳化钨复合涂层材料，涂层材料主要包含Ni、Si、Ti和WC四种粉末，其化学成分以重量百分比计：WC为8％～20％，余量为Ni78Si13Ti9。

以上所述的镍硅钛-碳化钨复合涂层材料，Ni78Si13Ti9为按原子百分比进行配比的Ni粉、Si粉和Ti粉。

以上所述的镍硅钛-碳化钨复合涂层材料，还可加入5ppm的B粉进行合金化，以抑制涂层的脆性。

以上所述的镍硅钛-碳化钨复合涂层，主要组成相为Ni₃(Si，Ti)金属间化合物、Ni基固溶体、TiC包覆WC陶瓷相。

镍硅钛-碳化钨复合涂层材料的制备方法，采用激光进行熔覆的工艺参数为：输出功率1200-1500W，扫描速度4-8mm/s，光斑直径4mm，熔覆时保护气体为Ar气，熔覆基体材料为镍基高温合金，其步骤如下：

(1)按以上所述配比，将涂层材料混合均匀，预先涂敷或热喷涂在镍基高温合金基体表面0.8～1.0mm；

(3)激光多层多道扫描熔覆，每道搭接1.8mm，可获得不同厚度的熔覆层。

本发明在GH864镍基高温合金预置以上所述的涂层材料，采用激光工艺对预置粉末进行熔覆，WC陶瓷部分熔化并与涂层材料中的熔融钛发生反应，原位生成TiC陶瓷；未反应的Ti将固溶于Ni₃Si和Ni中，形成Ni₃(Si，Ti)金属间化合物和镍基固溶体。

本发明的有益之处在于：陶瓷相与金属间化合物间界面结合良好；熔覆层硬度高、高温抗硫化物腐蚀和冲蚀性能优良。

附图说明