[发明专利]一种专用于激光修复不锈钢表面微小裂纹的微纳米复合粉末

说明书

技术领域

本发明属于激光修复技术领域，特别是指一种专用于激光修复不锈钢表面微小裂纹的微纳米复合粉末。

背景技术

由于不锈钢高强度和优异力学性能的特点，其被广泛的用于生产各种设备和部件。然而，在制造或工件服役的过程中，微裂纹将不可避免地产生，而且微裂纹是结构部件失效的主要原因之一。裂纹的萌生和扩展降低了工件的使用寿命，甚至可能带来不可预知的灾难性风险。如果将失效的工件直接废弃，这将造成巨大的经济损失和资源浪费，相比之下，修复是最经济和环保的方式。

通常，铁基、镍基和钴基粉末主要用于激光修复钢或类似其他的材料。但是传统的复合粉末在修复的过程中也有出现一些缺陷，比如修复层中出现孔隙和裂缝等等。甚至修复层和基体的结合面融合性差导致出现缝隙，为裂纹的扩展提供了一个方便的路径。目前，没有专用于激光修复的金属粉末使修复层表现出令人满意的致密化程度，也没有专用于激光修复的金属粉末来提高断裂性能，尤其是对不锈钢零件。

因此，我们有必要提供一种复合粉末用于激光修复不锈钢的表面上的微裂纹，以实现修复层与基体结合紧密，提高修复层中致密化程度，达到高强度、强韧性，改善其断裂性能。

发明内容

为了克服上述激光修复过程中的缺陷，本发明的目的是提供一种微纳米复合粉末，用于激光修复不锈钢表面微裂纹，得到无裂纹的修复层，修复层具有优越的强度和断裂性能；本发明的另一个目的是获得冶金结合的界面和含有细小晶粒的修复层。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种专用于激光修复不锈钢表面微小裂纹的微纳米复合粉末，所述的复合粉末包括重量百分比为3％-7％的纳米WC，0.5％-2％的纳米Al₂O₃，余量为微米级的不锈钢粉末；所述的不锈钢粉末包含重量百分比为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。

所述纳米WC粉末和纳米Al₂O₃粉末为近乎完美的球形粒子，Al₂O₃粉末、纳米WC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WC纳米粉末，粉末颗粒的粒径为50-80nm，纯度为99.99％；所述的不锈钢粉末颗粒的粒径为30-50μm，纯度为99.9％，不锈钢粉末具有与基体融合性好，性能优于基体的特性；所述的纳米Al₂O₃粉末颗粒的粒径为30-50nm，纯度为99.99％。

纳米WC粉末在激光修复的过程中，由于激光束的高能量会熔解一部分。未熔解的纳米WC作为强化颗粒存在于修复层中，起着填充和桥联的作用，同时阻碍其中晶粒的长大，最终形成均匀细小的晶粒，提高了组织的致密化程度。分解的纳米WC颗粒，与其它元素结合，不仅净化了晶界，还会形成各种碳化物，起到固溶强化的作用。

激光修复试件后，形状近似球形的纳米Al₂O₃粒子弥散分布在微细晶粒之间，均匀地分布在修复层中，起到了弥散强化的作用。同时细小的纳米Al₂O₃颗粒的添加也提高了成核浓度，加快了激光修复层中晶粒细化和组织致密化的进程。细小晶粒使单位体积内有更多的晶界总面积，有助于提高材料的力学性能。另外纳米Al₂O₃颗粒能抑制修复层中裂纹的形成。

不锈钢粉末成分与基体材料成分相似，增加修复层与基体的亲和性，提高修复层与基体冶金结合的强度，使该复合粉末在不锈钢表面微小裂纹处充分均匀融合。

本发明相比现有技术具有如下优点：

本发明提出的上述成分的复合粉末，特别适用于有高强韧性要求的不锈钢零件表面微小裂纹的激光修复。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。激光修复后，复合粉末可与基材充分融合，修复层和基体的界面发生冶金结合，无裂纹、无夹杂；同时修复层中获得了均匀细小的晶粒组织，各成分均匀分布，提高了修复层的致密性。另外，经过激光修复后，材料的断裂性能得到提高。

附图说明

图1为激光修复不锈钢试件裂纹尖端处Y方向应变值e_yy分布云图；