[发明专利]不锈钢表面超细晶高温抗氧化涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种不锈钢表面超细晶高温抗氧化涂层的制备方法，是以NiCoCrAlY合金粉末作为熔覆涂层材料，铺覆在不锈钢基体表面，激光扫描熔覆得到高温抗氧化熔覆涂层，立即采用轧制+超快速冷却复合技术，对得到的高温抗氧化熔覆涂层同时进行超快速冷却和轧制，从而经二次处理后获得具有超细化晶粒的高温抗氧化NiCoCrAlY涂层，提高涂层的高温抗氧化性能，并增加涂层的耐磨性和抗腐蚀性。

技术领域

本发明涉及一种超细晶高温抗氧化涂层的制备方法，特别是涉及一种基于激光熔覆和轧制+超快速冷却复合技术在不锈钢表面制备超细晶高温抗氧化涂层的方法。

背景技术

不锈钢不仅具有良好的耐蚀性、耐热性，低温强度和机械特性，而且冲压、弯曲等热加工性能好，无热处理硬化现象，作为一种用途最为广泛的金属材料，广泛应用于各种工业领域中。

但是，长期在高温环境中使用，会使不锈钢材料的表面发生氧化，导致不锈钢的耐磨性、耐腐蚀性降低。常规的定期清理更换相应零部件的解决办法显然成本较高。

因此国内外都在积极开展不锈钢高温抗氧化技术的研究，试图通过改变合金成分和组织结构来改善不锈钢表面的高温氧化行为。

激光熔覆技术作为一种新型的表面改性技术，具有加热速度快、瞬间加热温度高、冷却速度快、对工件热影响小、熔覆层成分和稀释度可控等优点，得到的熔覆层组织致密均匀，与基体材料冶金结合强度高，是提高不锈钢表面抗高温氧化性能和耐磨性能，同时获得最佳力学性能和表面防护的有效方法之一。

NiCoCrAlY合金粉末是一种常用的不锈钢表面激光熔覆高温抗氧化涂层材料。但由于激光熔覆快速加热与快速凝固的特点，采用NiCoCrAlY合金粉末制备NiCoCrAlY 熔覆涂层时容易开裂。

因此，在激光熔覆制备NiCoCrAlY熔覆涂层时，为了保持涂层的整体综合性能，就需要在一定程度上牺牲表面高温抗氧化性能，通过选择不那么极端的激光熔覆工艺参数，以保证熔覆涂层具有稳定而优异的机械性能，尤其是蠕变性能。如此一来，必将影响到NiCoCrAlY熔覆涂层中热生长氧化物的生长与演化特性，进而影响熔覆涂层高温抗氧化性能的提高，结果造成其高温抗氧化性能往往达不到预期水平。

激光熔覆制备NiCoCrAlY熔覆涂层的抗氧化性能主要来源于氧化形成的α-Al₂O₃，因此，总是期望能够形成更多、更致密的α-Al₂O₃。但是，即便是在最佳的工艺参数下，激光熔覆技术也制备不出特别细化的晶粒，因此NiCoCrAlY氧化后就会形成较多的亚稳态Al₂O₃，而亚稳态Al₂O₃比较稀松，并会增加涂层内部应力，使得熔覆涂层容易剥落。这显然会降低熔覆涂层的高温抗氧化性，也会影响涂层的耐磨性及耐腐蚀性。

轧制+超快速冷却复合技术符合制造业领域提出的4R原则(减量化、再循环、再利用、再制造)，即通过采用节约型的成分设计和减量化的生产方法，获得高附加值、可循环的产品。

在金属材料的加工过程中，温度是很重要的影响因素，如果不加以精确控制，温度的改变会影响金属材料的结晶程度。而通过轧制+超快速冷却复合技术，可以对钢材实现几百℃/s的超快速冷却，因此可以使材料在极短的时间内迅速通过奥氏体相区，将硬化奥氏体“冻结”到动态相变点，使钢材可以在低温下进行连续大变形。

轧制+超快速冷却复合技术的特点在于使用时节约资源和能量，实现减量化生产。但由于该技术不适合用于对精度要求很高的生产或实验中，所以目前为止，并没有关于将轧制+超快速冷却复合技术进行其他方向的应用。

发明内容

本发明的目的是针对不锈钢高温条件下抗氧化能力的不足，提供一种不锈钢表面超细晶高温抗氧化涂层的制备方法，通过激光熔覆和轧制+超快速冷却复合技术制备超细晶高温抗氧化涂层，以提高涂层的高温抗氧化性、耐磨性和耐腐蚀性。