[发明专利]一种基于脉冲电子束技术的激光熔覆高温防护涂层表面抛光净化方法

说明书

一种基于脉冲电子束技术的激光熔覆高温防护涂层表面抛光净化方法，其特征是：利用脉冲电子束技术代替机加工，对利用激光熔覆技术在高温合金基体表面制备好的高温防护涂层进行脉冲电子束抛光及净化处理，以去除熔覆层表面氧化皮，消除加工缺陷，并进一步消除激光熔覆层表面杂质、空隙、枝晶偏析缺陷，细化熔覆层表层晶粒，获得抛光、净化且细化的涂层表面，有效降低熔覆层表面粗糙度并提高其高温防护性能。本发明能进一步实现熔覆层表层晶粒超细化甚至纳米级细化，产生丰富的变形结构，进而有效提高熔覆层表面耐磨性、抗氧化性及抗腐蚀性能力。

技术领域

本发明涉及一种表面处理技术，尤其是一种激光熔覆层表面的高能束表面改性技术，具体地说是一种基于脉冲电子束技术的激光熔覆高温防护涂层表面抛光净化方法。

背景技术

MCrAlY高温防护涂层因其优异的抗高温氧化及热腐蚀的能力，以及成分可以根据不同的工况条件进行选择，目前是各类燃气涡轮发动机上必不可少的热防护材料。惰性气体保护下的激光熔覆技术在制备组织致密细小、稀释率低、与基材冶金结合的金属涂层方面展现出独特的优势。激光表面熔覆技术是指利用高能量密度的激光束对熔覆材料进行加热、熔化，并快速凝固后形成低稀释率并与基体之间成良好冶金结合的表面涂层技术，所制备的涂层能够显著改善基体材料表面耐磨性、耐蚀性、高温抗氧化性等。激光熔覆技术存在熔覆层质量高、材料选择范围广、工艺参数可调整范围大、自动化程度高等特点，在工业生产中得到广泛应用，尤其在小尺寸和形状复杂的涂层制备及叶片修复方面具有潜在的优势。但是，激光熔覆涂层普遍表面十分粗糙，防护性能差，通常都需要进行机械加工，以去除表面粗糙度及氧化皮的影响，但与此同时，机加工会造成工件表面变形，产生更大的加工应力，并且会留下较多的表面缺陷；此外，激光熔覆层很容易生成有害相及造成组织偏析，在高温服役环境下，涂层表面成分不均会严重影响其表面保护性氧化膜的连续生成，进而影响涂层的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是针对现有的MCrAlY高温防护涂层加工后为去除表面氧化层提高粗糙度而通常采用机械加工技术进行表面处理易导致工件变形、应力集中和表面缺陷的问题，发明一种基于脉冲电子束技术的激光熔覆高温防护涂层表面抛光净化方法，即利用脉冲电子束技术代替机加工，利用脉冲电子束低能、短脉宽、高轰击次数等技术特点，直接去除熔覆层表面氧化皮，消除加工缺陷，并进一步消除激光熔覆层表面空隙、枝晶偏析等缺陷，细化熔覆层表层晶粒，进而提高熔覆层表层高温防护性能。

本发明的技术方案是：

一种基于脉冲电子束技术的激光熔覆高温防护涂层表面抛光净化方法，其特征是：利用脉冲电子束技术代替机加工，对利用激光熔覆技术在高温合金基体表面制备好的高温防护涂层进行脉冲电子束抛光及净化处理，以去除熔覆层表面氧化皮，消除加工缺陷，并进一步消除激光熔覆层表面杂质、空隙、枝晶偏析缺陷，细化熔覆层表层晶粒，获得抛光、净化且细化的涂层表面，有效降低熔覆层表面粗糙度并提高其高温防护性能。

所述的高温防护涂层的制备包括以下步骤：

（1）将待熔覆高温合金基体表面进行打磨、抛光处理，并利用丙酮及酒精去除表面油渍及污垢；

（2）采用同轴送粉式激光熔覆技术在基体表面制备高温防护涂层；

所述的高温防护涂层为NiCrAlY、NiCoCrAlY、CoCrAlY、CoNiCrAlY，粉末颗粒度为200~400目。

所述的激光熔覆参数为：光斑直径3mm，激光功率1.0~2.0 kW，扫描速度10~20mm/s、搭接率20~50%，采用同轴送粉方式在基体表面制备高温防护涂层，并用氩气保护粉末以防氧化。

所述脉冲电子束参数为：能量密度4~8 J/cm²、脉宽1.5 μs、轰击次数30~60次。