[发明专利]一种金属掺杂改性透平叶片激光熔覆表面涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种金属掺杂改性透平叶片激光熔覆表面涂层的制备方法，包括：17‑4PH不锈钢叶片基体材料清洁预处理；在17‑4PH粉末中掺杂Mo粉，在球磨机中充分混合均匀，烘干炉中加热烘干，作为激光熔覆复合粉末备用；氩气条件下，采用激光熔覆工艺，将激光熔覆复合粉末熔覆在预处理后的17‑4PH不锈钢叶片基体上；对涂层进行微观结构分析和性能检测。其硬度高、耐蚀性优异、结构稳定性良好且与基体冶金结合，成本合理，可较好地满足透平动力机械工程服役要求。

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，特别涉及一种金属掺杂改性17-4PH叶片用马氏体不锈钢激光熔覆表面耐蚀耐磨涂层的设计制备方法，该方法属于透平动力机械工程再制造领域的一种表面防护新材料应用技术。

背景技术

随着循环经济的大力发展，高炉能量回收透平(简称TRT)在我国冶金领域获得了广泛应用，有效降低了工业废气的排放，取得了良好经济效益和社会效益。此类透平的长期安全运行是保证高炉能量持续回收的关键所在。其中，TRT叶片是高炉能量回收透平设备的核心零部件，其安全可靠性直接影响机组的长效运行。同时，鉴于叶片价格昂贵且更换周期需要，目前常采用热喷涂和激光熔覆技术进行快速尺寸修复。在再制造过程中，TRT叶片表面修复层的高性能提升成为此类零部件再制造后安全运行的技术难题。这源于叶片运行工况极其恶劣，具体表现为：(1)工作介质多为60～550℃温度范围的各种工业气体或高炉尾气，含有CO，SO₂，CO₂，H₂S，Cl^-，水汽、盐雾，焦油，萘等各种腐蚀性介质，往往极易造成叶片材料点蚀；(2)气流中夹杂Al₂O₃、SiO₂粉尘等不同量级的细小硬质磨粒，高速旋转叶片易遭受气流冲击造成的冲蚀与磨损；(3)在满足表面耐蚀耐磨性前提下进行再制造，还需兼顾修复层与基体的匹配性，以满足叶片旋转使用时高弯曲应力及离心力的协同作用。

在上述复杂工况要求下，研制适用的再制造表面涂层是当前此类透平叶片工程实际面临的技术难题。

针对此，常用的技术手段涉及两种，一种是热喷涂，另一种是激光熔覆。采用热喷涂技术时，在不锈钢材质的透平叶片表面涂覆Ni-Cr-Al、Co-WC等涂层材料。这种方法无法兼顾耐蚀和耐磨性，特别针对高腐蚀性及含有冲刷颗粒介质，修复表层耐蚀耐磨性无法满足实际需求。再制造叶片服役一段时间后往往表现出大量的点蚀坑、涂层片状脱落甚至腐蚀孔深入至叶片基体等多种典型失效特征，严重威胁透平设备的长期安全运行。采用激光熔覆技术时，在叶片上使用耐蚀性好的Ni基或耐磨性好的Co基合金直接进行尺寸修复和性能恢复。采用此类涂层材料存在修复层与基体的匹配性问题，同时生产成本高，技术实用性差。由此，针对严重腐蚀和冲刷介质服役的透平叶片修复，如何设计有效的表面防护技术并采用合理的技术实施是该研究领域的焦点和难点。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种高炉能量回收透平叶片再制造用表面防护层的制备方法。该方法采用同轴送粉式激光熔覆手段通过金属掺杂改性制备17-4PH马氏体不锈钢叶片用钢表面防护层，其硬度高、耐蚀性优异、结构稳定性良好且与基体冶金结合，成本合理，可较好地满足服役要求。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种金属掺杂改性透平叶片激光熔覆表面涂层的制备方法，包括下述步骤：

1)对17-4PH不锈钢叶片基体材料进行清洁和预处理；

2)在17-4PH粉末中掺杂质量比为1.0～4.0wt％的Mo粉，将混合粉末倒入球磨机中充分混合均匀，之后放入烘干炉中加热烘干，作为激光熔覆复合粉末备用；

3)采用光纤激光设备，以氩气作为载气条件下，采用激光熔覆工艺，将步骤2)中的激光熔覆复合粉末熔覆在步骤1)预处理后的17-4PH不锈钢叶片基体上；