[发明专利]一种强酸环境下搅拌桨叶片激光熔覆剂及熔覆方法

说明书

技术背景

本发明涉及到一种强酸环境下搅拌桨叶片激光熔覆剂及熔覆方法，属于冶金技术的领域。

背景技术

目前，搅拌桨叶片广泛应用于磷化工企业，磷矿企业在正常情况下每根搅拌桨轴的使用寿命为7-9个月。此外，瓮福磷矿、开磷集团、湖北的宜化、兴发集团等企业的叶片腐蚀、磨损严重，缩短了搅拌叶片和轴的使用寿命，造成每年修复成本费用极高，这已成为广大磷化工企业面临的共同问题。我国类似瓮福磷矿这样规模的企业有近20余家，每年修复成本费用高达6000余万元，强酸环境下搅拌桨叶片激光熔覆专用材料的研发及应用将为同类型企业降低生产成本，提升企业的综合经济效益提供技术支撑。同时，研发的涂层粉末专用材料也可用于其它行业腐蚀和磨损环境下的零部件的激光熔覆修复，因此，研发专用于硫酸与磷酸等强酸环境下搅拌桨叶片激光熔覆专用材料成了磷矿行业中亟待解决的关键问题。

发明内容

提供一种强酸环境下搅拌桨叶片激光熔覆剂及熔覆方法。本发明所用的合金粉末材料流动性较好，并添加了大量强耐蚀性元素Cr、Ni、Co，可用于强酸环境下搅拌桨叶片的激光熔覆及修复，具有耐磨性、耐腐蚀性好的特点，而且激光熔覆后所形成的涂层组织致密，无裂纹及孔洞产生，且与基材结合良好。

本发明技术方案：一种强酸环境下搅拌桨叶片激光熔覆剂，由Fe、Co、Cr、Ni、Ti的金属粉末组成，其中按重量份计，包括有Fe 13～24份、Cr 30～38份、Co 12～22份、Ni 11～21份和Ti 0～15份。

前述的强酸环境下搅拌桨叶片激光熔覆剂，所述熔覆剂按照重量计，包括有Fe 17～20份、Cr 33～35份、Co 16～18份、Ni 15～17份和Ti6～9份。

前述的强酸环境下搅拌桨叶片激光熔覆剂，所述熔覆剂按照重量计，包括有Fe 19份、Cr 34份、Co 17份、Ni 16份和Ti8份。

前述的强酸环境下搅拌桨叶片激光熔覆剂，所述Fe、Co、Cr、Ni、Ti的金属粉末，其纯度均大于99.6％。

前述的强酸环境下搅拌桨叶片激光熔覆剂，所述Fe、Co、Cr、Ni、Ti的金属粉末的粒度为150～250目，其制备方法是按配方中的质量份称取各金属粉末，混合后研磨使之充分混合即可。

前述的强酸环境下搅拌桨叶片激光熔覆剂，研磨的时间为2～4小时。

一种利用前述的强酸环境下搅拌桨叶片激光熔覆剂进行熔覆的熔覆方法，将制得的合金粉末材料置于需要熔覆的搅拌机不锈钢叶片或需修复部位，在光纤激光器激光输出功率P＝1.7～2.0KW，扫描速度V＝560～640mm/min，光斑尺寸d＝5～7mm的条件下，进行激光熔覆工作。

前述的利用强酸环境下搅拌桨叶片激光熔覆剂进行熔覆的熔覆方法，所述光纤激光器激光输出功率P＝1.9KW，扫描速度V＝560mm/min，光斑尺寸d＝6mm，搭接率为50％。

本发明的有益效果：

1、与现有技术相比，本发明所用材料为高熵合金体系，高熵合金是由多组主元按等摩尔比或接近等摩尔比所组成的一类新型合金体系，其具有高硬度，强耐蚀性等特点，将之应用于激光熔覆耐蚀涂层中可以有效地提高材料在强酸环境下的耐磨性能和抗腐蚀能力。

2、本发明所用的合金粉末材料流动性好，并大量添加了强耐蚀元素Cr，在熔覆过程中形成结构单一与组织均匀的单相固溶体，起到增强材料整体硬度和耐蚀性的作用，适用于酸性环境下服役的不锈钢制品防护涂层和激光修复。

3、本发明所用的合金粉末材料经激光熔覆后，所形成的涂层无裂纹孔洞等宏观缺陷产生，从而大大降低了熔覆层的开裂敏感性。

实验例

为了进一步说明本发明所具有的有益效果，发明人做了以下实验：

一、涂层材料的耐磨性能试验

对本发明制备所得的激光熔覆涂层进行硬度测试及摩擦磨损实验。

图1为涂层的平均硬度随不同合金成分的关系图。由图可知，随着Ti添加量的增加，涂层的硬度随Ti含量的增加而升高，这是由于随着Ti添加量的增加，涂层中的TiN陶瓷相数量逐渐增多，且母相中Ti的固溶量增加，阻碍位错滑移的效果增强，使得合金强度上升，再者Ti与其他四元素(Fe、Co、Cr、Ni)之间具有较负的混合焓，容易形成金属间化合物，增大涂层的脆性。

图2为不同Ti含量的涂层的磨损量。由图可知，涂层的磨损量均较叶片基材小，涂层耐磨性能明显提高，且随着Ti含量的增加，涂层耐磨性能增强，但是Ti含量增加，TiN陶瓷相和金属间化合物增多，涂层容易产生裂纹，韧性和疲劳强度降低。