[发明专利]一种离心压缩机表面强化用高速激光熔覆合金粉末及方法

说明书

本发明公开了一种离心压缩机表面强化用高速激光熔覆合金粉末及方法，开发了一种适用于提高基体抗冲蚀和抗气蚀性能的激光熔覆用合金粉末及相应的高速激光熔覆工艺。包括质量百分比的原料：Co、镍包WC、Cr、Ti等成分。该方法中，采用Co、Cr、Ti元素提高熔覆层与基体的润湿性，提高与基体的冶金结合强度，降低在冲蚀和气蚀过程中的开裂敏感性，提升熔覆层的抗氧化性能；通过调整合金粉末粒度、比例及激光参数，合理控制温度场，使稀释率降低，降低界面处的热应力；相较于基体，抗冲蚀性能提高3～4倍，抗气蚀性能提高2～3倍。

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，特别涉及一种离心压缩机叶片、叶轮及主轴表面强化用高速激光熔覆工艺及合金粉末，属于表面工程应用技术工程领域。

背景技术

叶片、叶轮及主轴是离心压缩机的关键部件，用于装配叶轮、平衡盘、推力盘等，是转子的中心部位。在服役期间处于高速运转状态，服役环境极端恶劣，往往会造成表面冲蚀和气蚀，是叶片、叶轮及主轴发生失效的主要形式。提高其表面的抗冲蚀和抗气蚀性能是表面工程领域一项非常重要的创造性工作，也是节约资源、保护环境、满足当前社会可持续发展的战略需求所在。

冶金和石化等领域中离心压缩机主要零部件均承受Al₂O₃、SiO₂等固体颗粒的冲刷和强腐蚀环境(CO₂，H₂S，SO₂，Cl^-，水汽、盐雾等)的联合作用，腐蚀和磨损条件十分苛刻。目前为了满足此种工况条件，采用了高温离子氮化、热喷涂、激光熔覆等传统表面处理技术进行防护，性能有所提升，但仍不能满足恶劣服役环境对性能要求，尤其是抗气蚀性能。

以离心压缩机主轴为例，0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢基材上多采用常规激光熔覆或者热喷涂方法进行表面强化，并采用Co基和Ni基合金作为激光熔覆层材料。在表面强化技术上，相较于热喷涂技术，激光熔覆具有明显优于热喷涂的冶金结合强度，但是形成表面粗糙，且热应力过大导致涂层存在细小裂纹。在使用过程中，往往会引起应力腐蚀，不能达到理想的性能。而高速激光熔覆方法则结合了激光熔覆和热喷涂的优点，克服了自身的不足，使涂层的性能进一步接近理论值。

基于此，设计并开发出适用于提升离心压缩机叶片、叶轮及主轴的抗冲蚀和抗气蚀性能的高速激光熔覆工艺和钴基合金粉末具有重大的意义。

发明内容

本发明针对离心压缩机叶片、叶轮及主轴在极端冲刷腐蚀工况介质服役条件下，提供一种高速激光熔覆表面强化用合金粉末及方法。该方法利用CoCrTi(WC)合金粉末改变了叶片、叶轮及主轴材料表面的微结构，使熔覆层具有良好的抗冲蚀和抗气蚀性能。在保证熔覆层具有合适的强度和硬度的同时，有效提高了合金层的抗冲蚀和抗气蚀性能，为离心压缩机的叶片、叶轮及主轴高速激光表面强化提供了一种优异的表面强化技术和熔覆粉末。

为达到上述目的，根据本发明的实施例提供的一种离心压缩机表面强化用高速激光熔覆合金粉末，包括下述质量分数的原料：

Co12.0～15％；镍包WC合金粉末74.0～80.0％；Cr4～6％；Ti4～5％。

本发明进而提供了一种离心压缩机表面强化用高速激光熔覆合金粉末的激光熔覆方法，包括下述步骤：

1)基体熔覆前预处理：选取0Cr17Ni4Cu4Nb型不锈钢为基体，进行除锈、超声去油，并砂纸打磨至0Cr17Ni4Cu4Nb型不锈钢表面粗糙度为Ra＝0.2μm，最后用丙酮、酒精清洗干净；

2)配比合金粉末：按照质量分数将12～15％Co、74～80％镍包WC合金粉末、4～6％Cr和4～5％Ti，进行混合；

3)采用同轴送粉方式，采用光纤激光器为发射激光源进行高速激光表面熔覆；控制高速激光熔覆的功率、光斑直径和扫描线速度，达到熔道搭接率为70％；