[发明专利]一种表面激光熔覆镍基合金

说明书

一种表面激光熔覆镍基合金，利用激光熔覆技术在Monel 400合金表面制备了镍基合金改性层。结果表明，Monel合金表面镍基合金改性层的组织主要由γ‑Ni固溶体、多元共晶体及一些初生沉淀相组成。选择优化的激光辐照工艺进行激光熔覆处理，可获得性能优异的镍基合金改性层，与Monel 400合金基材相比，镍基合金激光改性层的显微硬度是基体的7倍，摩擦系数明显降低，相对耐磨性提高了8.6倍。

所属技术领域

本发明涉及一种表面涂覆材料，尤其涉及一种表面激光熔覆镍基合金。

背景技术

蒙乃尔(Monel)合金是以金属镍为主的镍铜耐蚀合金，其典型成分为70%Ni和30%Cu，因其具有较高的强度和良好的耐腐蚀性能，广泛应用于高强、高压及承受腐蚀介质作用的工况条件。现代工业技术的迅猛发展对Monel合金的性能提出了更加苛刻的要求。目前国内由于制备技术等方面的原因，生产出的Monel合金不能完全满足特定场合的服役要求，而进口构件价格昂贵，如8^#整体蒙乃尔合金旋塞阀门进口价高达3×104美元。因此在现有技术上对Monel合金表面实施强化与改性技术具有重要的战略意义和经济效益。

激光熔覆是一种应用极其广泛的材料表面改性技术，可显著提高材料硬度及耐磨、耐腐蚀等多种性能。采用激光熔覆技术在Monel合金表面制备镍基合金改性层，可以改善Monel合金的力学性能。

发明内容

本发明的目的是为了改善Monel400合金的硬度和耐磨性，设计了一种表面激光熔覆镍基合金。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

表面激光熔覆镍基合金的制备原料包括：基体材料为Monel400合金，其化学成分(质量分数，%)为C0.3，Si0.5，Fe2.0，Mn1.5，Cu34.0，Ni为余量。试样尺寸为140mm×60mm×10mm。激光熔覆材料为自行配制的镍基合金粉末，平均粒度为90μm，工业纯度，基材样品经600号SiC金相砂纸打磨，而后清洗干燥。

表面激光熔覆镍基合金的制备步骤为：首先在Monel合金表面制备一薄层热障涂层，而后进行激光熔覆处理。激光熔覆材料采用粘结剂调制成糊状均匀地预置在经预处理的基体试样表面，预置合金粉末厚度为1.2mm，自然晾干后经120℃，2h烘干。采用TFL-6000型横流CO₂激光加工成套设备进行激光熔覆处理，选择优化的激光辐照工艺参数，输出功率为4kW，扫描速率为10mm/s，宽带矩形光斑尺寸为10mm×1mm，熔覆过程无需气体保护。

表面激光熔覆镍基合金的检测步骤为：取垂直于激光束扫描方向横截面磨制金相样品，用30mLHCl+10mLHNO₃腐蚀剂腐刻样品表面。利用S-3400N扫描电镜及能谱仪分析激光改性层微观组织形貌及成分，用XRD-7000型X射线衍射仪分析涂层的物相结构。采用HVS-1000显微硬度计测试涂层截面显微硬度，载荷为1.96N，加载时间为10s。摩擦磨损试验采用MMW-1型立式万能摩擦磨损试验机，对磨形式为销-盘磨损，上摩擦副销棒为Monel400合金基材及端部进行激光改性的两组样品，销棒尺寸为4.8mm×12.7mm。下摩擦副磨盘为Monel400合金，尺寸为31.7mm×11mm。销及盘表面均经1000号金相砂纸打磨并清洗。摩擦磨损试验参数为法向载荷100N，对磨盘旋转频率400r/min，磨损时间4min，每组试验为3个样品的平均值。采用电子数据采集系统，绘制摩擦系数与滑动距离的关系曲线，用感应量为±10^-4g的分析天平称量试样磨损前后的质量并计算磨损量和相对耐磨性。

所述的表面激光熔覆镍基合金，采用激光熔覆工艺在Monel400合金表面制备了镍基合金改性层，涂层与基体呈冶金结合，无气孔、裂纹等缺陷。

所述的表面激光熔覆镍基合金，熔覆层主要由γ-Ni固溶体、多元共晶体及初生碳、硼化合物硬质相组成，合金化区为平面晶和柱状晶组织，熔覆区为树枝晶和共晶组织。