[发明专利]一种应用激光熔覆技术制备镍基合金粉末涂层的方法

摘要

本发明属于激光加工技术领域，尤其是一种应用激光熔覆技术制备镍基合金粉末涂层的方法，针对现有的火焰喷焊镍基合金涂层加工的平衡盘和抗磨环表面质量差，且零件变形大，合金粉消耗高的问题，现提出如下方案，本发明激光熔覆的基材为φ7.5mmX76mm的45钢正火状态的圆棒，首先采用火焰热喷涂方法，将牌号为FZNCr60A的镍基自熔性合金粉末喷涂在试样表面,粉末粒直径为50～100Hm,喷涂层厚度0.35mm,然后在JCS‑033型数控热处理机上进行激光熔覆涂层，激光功率为1200W，光斑直径4mm，扫描速度5mm/s,搭接率为20％，用激光熔覆涂层技术制作的平衡盘和抗磨环表面质量好,零件变形小,合金粉末消耗降低,零件加工量减少,经济效益和社会效益明显。

主权项

1.一种应用激光熔覆技术制备镍基合金粉末涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)试样材料与试样制备：激光熔覆的基材为φ7.5mmX76mm的45钢正火状态的圆棒，首先采用火焰热喷涂方法，将牌号为FZNCr60A的镍基自熔性合金粉末喷涂在试样表面,粉末粒直径为50～100Hm,喷涂层厚度0.35mm,然后在JCS-033型数控热处理机上进行激光熔覆涂层，激光功率为1200W，光斑直径4mm，扫描速度5mm/s,搭接率为20％，最后将激光熔覆后的试样磨削至850.01mmX56mm，表面粗糙度Ra＝0.8Hm；/n(2)腐蚀、冲蚀磨损实验：腐蚀-冲蚀磨损试验在MSH型腐蚀磨损试验机上进行,与主轴相连接的试样夹上装夹4根试样，试样在浆体中旋转，浆体的配制为:将1.25L石英砂磨粒(1840g)加入5L硫酸水溶液中，石英砂粒直径为250～850Hm，硫酸浓度为0.0005mol/L、0.05mol/L和0.5mol/L，中性浆体用去离子水配制，试样转动的线速度分别为2.03.5、5.0和6.5m/s，试验时间是2h，试验过程中用PHS-3D型酸度计和温度计分别监测溶液的pH值和温度变化，每组试样更换一次浆体；/nV＝△w/PAt/n式中V为材料的腐蚀-冲蚀磨损率,cm'/m2h；△w为试验前后试样的失重量,g；p为试验材料的密度,g/cm3；A为试样试验的表面积,m2；t为试验时间,h；/n(3)激光熔覆层的组织结构和硬度：45钢基材上激光熔覆FZNCr60A镍基合金试样的横截面由表层到心部可以分为3个区，表层是激光熔覆合金层,中间是热影响区，心部是未受影响的基体，在合金层与基体之间的界面上，有一条与界面平行的“亮带”，它是镍基合金与45钢基材的熔合带，靠近亮带(熔合带)的基体一侧是热影响区(或过热区),呈板条状马氏体，这是由于熔池底部的基体温度高于临界点Ac3,当激光束移动过后,依靠基体的传热发生自淬火得到马氏体组织，随着离开熔合带的距离增加，加热温度不断降低，由相变区、部分相变区最后过渡到基体原始组织；/n(4)激光熔覆合金层扫描分析：合金层主要由Y-Ni固溶体和Ni3B、CrB、Cr7C3、Cr23C等化合物组成，对激光熔覆FZNCr60A合金层横截面进行NiCr、Fe元素电子探针线扫描分析表明，合金层表面的成分接近镍基合金粉末的成分，由表及里,Ni、Cr元素含量逐渐降低，Fe元素含量逐渐增加，合金层的硬度约为1100～1200HV,由表及里硬度呈平缓下降，在距表面约0.3mm处,硬度曲线呈一平缓段，这与基体热影响区存在马氏体组织相对应，其硬度约为600～800HV，然后硬度缓慢下降，最后硬度降低到心部原始组织的硬度，可以看出,除了合金层具有高硬度以外，部分基体由于马氏体相变也形成了硬化层，当合金层为0.3mm厚时，总的硬化层可达0.5～0.6mm，而且硬度分布曲线较为平缓，这充分体现了激光熔覆涂层的优越性；/n(5)腐蚀、冲蚀磨损实验：2Cr13不锈钢与激光熔覆FZNCr60A合金涂层的腐蚀一冲蚀磨损率均随浆体冲蚀速度的提高而增加，冲蚀速度小于3.5m/s时,腐蚀-冲蚀磨损率增加较慢；冲蚀速度大于3.5m/s时，增加较快，硫酸浓度由0.0005mol/L增加到0.5mol/L，两种材料的腐蚀-冲蚀磨损率皆增加，由试验结果可以看出，在相同试验条件下,2Cr13不锈钢的腐蚀-冲蚀磨损率明显高于激光熔覆FZNCr60A合金涂层的，激光熔覆FZNCr60A合金涂层抗腐蚀-冲蚀磨损性能高,与该涂层中含有Ni、Cr、Si等耐蚀元素以及激光熔覆涂层的硬度高、组织致密等因素有关。/n