CN101381868A - 一种激光熔覆用高硬度不锈钢合金粉末及制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光熔覆用高硬度不锈钢合金粉末及其制备工艺，合金粉末各成份重量百分比浓度为：C：0.5－0.8％；Cr：18－24％；Ni：11－17％；B：2.0－5.5％；Si：2.0－6.0％；Mo：4－9％；CeO₂：1－5％；Fe余量。合金粉末的制备工艺包括：配料、熔炼、造渣与脱氧、雾化制粉、粉末收集与成分检测、筛分六个步骤。本发明的的不锈钢合金粉末既耐腐蚀又有较高的硬度，广泛用于阀门密封面、转子轴径、螺杆压缩机转子等零部件的维修。

Description

一种激光熔覆用高硬度不锈钢合金粉末及制备工艺

技术领域

本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及一种激光熔覆用高硬度不锈钢合金粉末及其制备工艺。

背景技术

不锈钢一般均用于耐腐蚀的环境，但由于不锈钢材料本身的硬度较低，一般在HB220左右，而使用环境比较复杂，一般需要既耐腐蚀又耐磨损，因此，处于这样环境下的不锈钢材质设备容易磨损而失效，影响设备的长周期稳定运行。为了延长设备使用的周期以达到降低设备使用成本的目的，一般采用激光熔覆技术对这些磨损的设备进行修复。

激光熔覆技术是指以不同的添加方法在被熔覆的基体上放置选择的涂层材料，经激光辐照后，使之和基体表面熔化，经快速凝固形成低稀释度的、与基体呈冶金结合的表面涂层的工艺过程。与传统的表面处理技术如电镀和热喷焊等相比，激光熔覆技术具有熔覆层组织晶粒细小、熔覆层的结合为冶金结合、热影响区和热变形区小等优点。特别是激光熔覆可以获得高性能的合金熔覆层，具有耐磨性、硬度、耐腐蚀性能、抗氧化性能、热障性能、抗气蚀和冲蚀磨损等特点，因此该技术在工业上具有广阔的应用前景。

在激光熔覆实际的生产中，主要采用高成本的合金系列材料，如钴基合金、镍基合金、铜基合金和陶瓷材料等，由此导致熔覆层成本相对较高，防碍了激光熔覆技术的进一步推广。由于铁基合金激光熔覆材料成本明显比钴基合金、镍基合金和陶瓷类低，但性能相当甚至更加优越，且由于基体与熔覆层的材料接近有益于界面的结合，因此开发铁基合金的激光熔覆材料具有重要的战略意义。

但铁基合金材料在进行激光熔覆时易发生开裂、氧化、易产生气孔、以及自熔性较差等缺点，我们通过对覆层合金***成分进行设计并选择最佳的激光工艺参数，采用正交试验方法进行激光熔覆试验，通过表面质量分析、硬度试验、扫描电镜对熔覆层的性能进行评价，确定最佳铁基合金激光熔覆的配方及激光熔覆的最佳工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光熔覆用高硬度不锈钢合金粉末，克服了现有铁基合金材料在进行激光熔覆时易发生开裂、氧化、产生气孔以及自熔性较差等缺点。

本发明的不锈钢合金粉末成分设计原则为：为了保证熔覆层的整体性能，如耐磨性、力学性能、物理性能以及化学性能等，且有效防止裂纹，同时考虑熔覆合金的成本，确定所选合金成分为Fe、B、Si、Ni、Cr、Mo及稀土氧化物。其中，为了保证试验的效果以及耐腐蚀性，对于R5-6铁基合金粉末而言，其中Cr、Ni、C的含碳量稳定在304#和316#不锈钢的水平，即Cr≥18％、Ni≥9％、C约0.6％左右；为了提高熔覆层的硬度并增加耐磨性，决定在合金系列中加入适量的B、Si、Mo和稀土氧化物。

本发明的激光熔覆用高硬度不锈钢合金粉末，各成份重量百分比浓度为：C：0.5-0.8％；Cr：18-24％；Ni：11-17％；B：2.0-5.5％；Si：2.0-6.0％；Mo：4-9％；CeO₂：1-5％；Fe余量。

其中各元素的纯度≥99.9％；合金粉末粒度为45-110um。

本发明的另一目的在于提供一种激光熔覆用高硬度不锈钢合金粉末的制备工艺。

本发明的不锈钢合金粉末制备工艺包括以下步骤：

1)配料：按配方准备好原材料，每炉熔炼量为50公斤；

2)熔炼：在真空度为1-10Pa条件下进行金属熔炼，温度为2700℃；

3)造渣与脱氧：待金属全部熔化后进行造渣以去除金属液中杂质，然后进行脱氧处理；

4)雾化制粉：以氮气为雾化介质，在8-10大气压下雾化5分钟；

5)粉末收集与成分检测：在无氧或低氧环境下让金属粉末冷却至室温；

6)筛分：对于同种的金属粉末，筛下物可作为回炉粉加以利用。

本发明的优点在于：

1)本发明的激光熔覆用高硬度不锈钢合金粉末既耐腐蚀又有较高的硬度，处理后的激光熔覆层具有无裂纹、无气孔、无杂质、组织致密、晶粒细化等优点，广泛用于阀门密封面、转子轴径、螺杆压缩机转子等零部件的维修。

2)本发明的激光熔覆用高硬度不锈钢合金粉末的推广，可减少战略性稀有元素的用量，显著降低激光熔覆成本。

具体实施方式

现结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

1、试验材料：基材为1Cr18Ni9Ti。

2、激光熔覆材料：

成分为(按重量百分比)：C：0.75％；Cr：19％；Ni：15％；B：4.0％；Si：3.5％；Mo：6％；CeO₂：4％；Fe余量。

3、激光熔覆工艺：功率为3-4kw，速度为5-10mm/s，光斑直径为5-6mm，搭接率为30％，激光熔覆层厚度1.0mm，同步送粉。

4、熔覆层使用性能检测：

1)熔覆层的显微硬度，具体数据见下表：

 

距表层的距离(mm)	0	0.3	0.6	0.8	1.0	1.2	1.4
								硬度值HV(0.2)	415	419	423	402	353	320	233

2)熔覆层的耐磨性能，具体数据见下表：

3)熔覆层的耐磨性能，具体数据见下表：

4)激光熔覆层的质量：外观表面平整、光滑；着色检查：未发现裂纹、气孔与夹渣。

实施例2

1、试验材料：基材为1Cr18Ni9Ti。

2、激光熔覆材料：

成分为(按重量百分比)：C：0.6％；Cr：20％；Ni：13％；B：5.0％；Si：2.5％；Mo：8％；CeO₂：5％；Fe余量。

3、激光熔覆工艺：

功率为3-4KW，速度为5-10mm/s，光斑直径为5-6mm，搭接率为30％，激光熔覆层厚度1.0mm，同步送粉。

4、熔覆层使用性能检测：

1)熔覆层的显微硬度，具体数据见下表：

 

距表层的距离mm	0	0.3	0.6	0.8	1.0	1.2	1.4
								硬度值HV(0.2)	420	426	429	407	358	331	231

2)熔覆层的耐磨性能，具体数据见下表：

3)熔覆层的耐磨性能，具体数据见下表：

4)激光熔覆层的质量：外观表面平整、光滑；着色检查：未发现裂纹、气孔与夹渣。

综上所述：激光熔覆层的硬度为HV(0.2)402-429；耐磨性能为基材的3-4倍；耐腐蚀性能明显好于基材，提高了约30％。

5)实际应用案例：

本发明的激光熔覆用高硬度不锈钢合金粉末广泛用于阀门密封面、转子轴径、螺杆压缩机转子等零部件的维修，部分应用案例见下表：

 

维修产品名称	修理部位	用户单位名称	使用情况	数量
					高温闸阀	密封面	巴陵石化公司	良好	13件
仪表调节阀	密封面	巴陵石化公司	良好	5件
					高压电机	转子轴径	岳阳纸业集团	良好	1台
机泵	转子轴径	河南神马集团	良好	2台
					高压电机	转子轴径	鄂钢集团	良好	2台
高压电机	转子轴径	巴陵石化公司	良好	5台
					螺杆压缩机	螺杆密封线	中原乙烯公司	良好	1台

Claims (4)

1、一种激光熔覆用高硬度不锈钢合金粉末，其特征在于，各成份重量百分比浓度为：C：0.5-0.8％；Cr：18-24％；Ni：11-17％；B：2.0-5.5％；Si：2.0-6.0％；Mo：4-9％；CeO₂：1-5％；Fe余量。

2、根据权利要求1所述的一种激光熔覆用高硬度不锈钢合金粉末，其特征在于：各元素的纯度≥99.9％。

3、根据权利要求1所述的一种激光熔覆用高硬度不锈钢合金粉末，其特征在于：所述合金粉末粒度为45-110um。

4、一种激光熔覆用高硬度不锈钢合金粉末的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)配料：按配方准备好原材料，每炉熔炼量为50公斤；

2)熔炼：在真空度为1-10Pa条件下进行金属熔炼，温度为2700℃；

3)造渣与脱氧：待金属全部熔化后进行造渣以去除金属液中杂质，然后进行脱氧处理；

4)雾化制粉：以氮气为雾化介质，在8-10大气压下雾化5分钟；

5)粉末收集与成分检测：在无氧或低氧环境下让金属粉末冷却至室温；

6)筛分：对于同种的金属粉末，筛下物可作为回炉粉加以利用。