CN104233282B

CN104233282B - 一种用于内燃机涡轮增压器轮盘修复的镍基合金粉末

Info

Publication number: CN104233282B
Application number: CN201310244909.7A
Authority: CN
Inventors: 朴新欣; 陈江; 张静波
Original assignee: DALU LASER TECHNOLOGY Co Ltd SHENYANG
Current assignee: Beijing Dalu Tianrui Laser Engineering Technology Co ltd
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2033-06-20
Also published as: CN104233282A

Abstract

一种用于内燃机涡轮增压器轮盘修复的镍基合金粉末，其组成包括有Cr、Mo、Ni、Y₂O₃、Hf，其特点是还包括有W、Si、Mn、Co、Fe，其中各组分的质量百分数为：C：0.1~0.5%；Cr：9~11%；Mo：16~20%；W：5~7%；Ti：3~7%；Al：1~3%；B：0.3~0.7%；Si：0.4~0.6%；Y₂O₃：0.3~0.5%；Ce：0.2~0.4%；Ni：余量。本发明解决并提高了合金粉末在激光熔覆层中的抗裂性、成型性、工艺稳定性和成分均匀性，满足了修复部件对熔覆层耐蚀、耐磨、耐疲劳和适中硬度等的综合性能要求。

Description

一种用于内燃机涡轮增压器轮盘修复的镍基合金粉末

技术领域

本发明涉及一种适合于激光熔覆的合金粉末材料,特别是涉及一种用于内燃机涡轮增压器轮盘修复的镍基合金粉末，属于IPC国际专利分类表中的C23C24/10(2006.01)I技术领域。

背景技术

涡轮增压器是一种在高温环境中超高速旋转的机械，其部件涡轮盘工作转速可达10000～20000转／分，如此高速旋转的机械往往会因安装使用不当而造成损坏，使用户蒙受一定的经济损失。由于涡轮盘上的叶片装配时存在间隙在高速旋转时可能会因为振动造成事故，所以为固定叶片，常在叶片装配后在两侧的隼齿上打铆点以紧固叶片，但铆点常常会在高速旋转时引起应力集中，从而导致轮盘失效、榫齿出现裂纹而引发事故。因此，必须采取某种方式对铆点进行复原维修。

目前采用的电焊堆焊方式，都会不可避免的产生大的热变形，对于涡轮盘这种高精密部件都是不可承受的。

因此，选择适当的涡轮增压器轮盘修复方法，保证修复后的涡轮增压器轮盘的加工误差小、热变形小、规范性强、修复后的轮盘性能好，是当前亟待解决的课题。

激光熔覆修复技术作为一种先进的再制造技术，近年来得到了迅速推广和广泛应用。

目前，国内外的防腐涂层多采用喷涂、喷焊等传统工艺制得，这些传统工艺制得的防腐涂层有一些难以克服的问题。比如:防腐层实际功能层很薄；制造涂层过程中易产生气孔、夹杂等缺陷；涂层与母材结合面为非冶金结合，涂层易出现脱落等问题。而采用激光熔覆技术制造防腐涂层则可以有效解决以上问题，且大大降低了制造防腐涂层的工艺条件要求，同时降低了成本。

激光熔覆作为一种先进的再制造技术，随着激光器功率和稳定性的不断提高，得到了迅速推广和广泛应用。激光熔覆是在金属表面获得与基体牢固冶金结合，且无气孔、裂纹等缺陷的高性能表面覆层的先进再制造技术，它可以将高熔点的合金材料熔覆在低熔点的基材表面，也可以在低成本基材上制备出高性能的表面涂层，以取代大量高级、高性能的整体材料，节约贵重金属，降低零部件成本。激光熔覆解决了许多常规方法很难加工或无法加工的问题，为产品再制造提供了一种技术独特、先进有效的方法。

但是，目前市场上激光熔覆专用的合金粉末并不多见，而喷焊、喷涂等传统工艺所使用的合金粉末，是按不同比例加以调配，并以机械混粉的形式配制所需的各种镍基、钴基、铁基合金粉末。这些混合合金粉末存在诸如混合不均匀、颗粒度差异大、熔点不同、成分偏差、膨胀系数不同等问题，导致在实际熔覆中无法控制裂纹、气孔、偏析、性能不稳、不易机加等缺陷。

近年来人们在研究利用激光熔覆技术进行设备部件修复所需的合金粉末材料方面取得了一些进展，例如。

公开号为CN1854317的中国发明专利申请给出的《一种移动式激光熔覆现场加工合金粉末材料》，该合金粉末材料利用以下元素成分强化镍基合金：Cr、W、Mo、Al、Ti、Co，还可以添加Co、C、N、Nb、Cu、B、Si和微量稀土元素，其中，稀土元素可以是Ce、Y、Hf。

公开号为CN101381868的中国发明专利申请给出的《一种激光熔覆用高硬度不锈钢合金粉末及制备工艺》，该合金粉末各成份重量百分比为： 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。

公开号为CN101381869的中国发明专利申请给出的《激光熔覆高硬无裂铁基合金专用合金粉末》，该专用合金粉末的配方，重量百分含量：碳(C)：0.3-0.5；硅(Si)：1.2-2.0；硼(B)：0.4 -1.0；镍(Ni)：1.5-2.5；铬(Cr)：1.0-1.5；锰(Mn)： 1.0-1.5；钼(Mo)：1.5-2.5；钒(V)：0.15-0.7；铌(Nb)： 0.15-0.7余量为铁(Fe)，其重量之和为100％。

公开号为CN101187022的中国发明专利申请给出的《一种激光熔覆导电辊用钴基合金粉末》，该合金粉末的化学成分的重量百分比为：Cr：24～30％；W：6～10％；Mo：3～6％；Ni：6～12％；Fe：2～10％；Mn： 0.5～2％；Si：0.2～2％；V：0.1～0.6％；B：0.3～1.5％；C：0.5～2.5％；Y₂O₃： 0～0.5％；Hf：0～0.5％；La₂O₃：0～0.5％；Ce：0～0.5％；余量为Co。

上述技术方案给出的这些用于激光熔覆的合金粉末虽能在修复特定的设备部件上取得一定的技术效果，但由于具有自身工艺特征，还不能满足和适用于其它特定基材激光熔覆的工艺要求，特别是不能满足合金粉末在激光熔覆层中的抗裂性、成型性、工艺稳定性和成分均匀性的同时还要满足对熔覆层的防腐性能的要求。

因此，研究开发出新的具有防腐能力的、性能稳定的激光熔覆用防腐涂层镍基合金粉末，是所述技术领域里的重大课题，经本申请人检索查证：国内外尚无这方面的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有防腐能力的、性能稳定的激光熔覆用防腐涂层镍基合金粉末，以用于采用激光熔覆的方法制造防腐涂层。该镍基合金粉末是在现有镍铬钼合金基础上，至少添加微量稀土元素Y₂O₃和Hf元素中的一种进行基体晶界强化的，特别是还至少添加W、Co、Si、Mn元素中的一种进行合金基体强化，从而解决并提高了合金粉末在激光熔覆层中的抗裂性、成型性、工艺稳定性和成分均匀性，满足了修复部件对熔覆层耐蚀、耐磨、耐疲劳和适中硬度等的综合性能要求。

本发明给出的技术方案是：这种用于内燃机涡轮增压器轮盘修复的镍基合金粉末，其组成包括有Cr、Mo、Ni、Y₂O₃、Hf，其特点是还包括有W、Si、Mn、Co、Fe，其中各组分的（质量百分数）为。

C：0.1~0.5%；Cr：9~11%；Mo：16~20%；W：5~7%；Ti：3~7%。

Al：1~3%；B：0.3~0.7%；Si：0.4~0.6%；Y₂O₃：0.3~0.5%；Ce：0.2~0.4%。

Ni：余量。

本发明给出的这种优选的镍基合金粉末各组分的（质量百分数）为。

C：0.2%；Cr：10%；Mo：19%；W：5%；Ti：4%； Al：1%。

B：0.5%；Si：0.5%；Y₂O₃：0.3%；Ce：0.2%；Ni：余量。

C：0.3；Cr： 11%；Mo：18%；W：6%；Ti：5%； Al：2%。

B：0.6%；Si：0.4%；Y₂O₃：0.4%；Ce：0.3%；Ni：余量。

本发明通过大量的试验和创造性的工作，精选合金基体强化元素、晶界强化元素和弥散质点材料，并优选各组成元素的百分比含量，通过多种强化手段，强化合金基体，又改进了晶界质量，使合金获得良好的综合性能，从而实现了合金在具有适中的硬度和强度的同时，又降低了合金熔点，增加了耐磨、耐蚀性能。从根本上解决并提高了合金粉末在激光熔覆层中的抗裂性、成型性、工艺稳定性和成分均匀性，满足了修复部件对熔覆层耐蚀、耐磨、耐疲劳和适中硬度等的综合性能要求。

本发明给出的具有防腐能力的、性能稳定的激光熔覆用防腐涂层镍基合金粉末是通过真空熔炼、真空气雾化、筛选等工序精心制备的，粒度是－100+270目。

本发明给出的具有防腐能力的、性能稳定的激光熔覆用防腐涂层镍基合金粉末，在实际熔覆操作中采用5KW CO₂激光器，在内燃机涡轮增压器轮盘熔覆所述粉末材料的工艺参数是：功率：1800~3800W，焦距：320~400mm，光斑直径：3~6mm，扫描速度：240~600mm/min，置粉厚度：0.3~1mm。

本发明具有防腐能力的、性能稳定的激光熔覆用防腐涂层镍基合金粉末材料，主要应用于内燃机涡轮增压器轮盘的激光熔覆防腐涂层。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在镍铬钼合金基础上，添加合金基体强化元素、晶界强化元素和弥散质点材料，并调整各元素的百分比含量。通过多种强化手段，强化合金基体，又改进了晶界质量，使合金获得良好的综合性能。从而实现了合金在具有适中的硬度和强度的同时，又降低了合金熔点，增加了耐磨、耐蚀性能。从根本上解决并提高了合金粉末在激光熔覆层中的抗裂性、成型性、工艺稳定性和成分均匀性，满足了修复部件对熔覆层耐蚀、耐磨、耐疲劳和适中硬度等的综合性能要求。

具体实施方式

实施例1。

用5KW CO₂激光器，对内燃机涡轮增压器轮盘进行激光熔覆。设计的镍基合金粉末合金元素的质量百分数是。

C：0.2%；Cr：10%；Mo：19%；W：5%；Ti：4%； Al：1%；B：0.5%；Si：0.5%；Y₂O₃：0.3%；Ce：0.2%；Ni：余量。

其熔覆工艺参数是：功率：1800～3800W，焦距：320~400mm，光斑直径：3～6mm，扫描速度：240～600mm/min，置粉厚度：0.3～1.0mm。

实施例2。

C：0.3；Cr： 11%；Mo：18%；W：6%；Ti：5%； Al：2%；B：0.6%；Si：0.4%；Y₂O₃：0.4%；Ce：0.3%；Ni：余量。

Claims

1.一种用于内燃机涡轮增压器轮盘修复的镍基合金粉末，其特征在于镍基合金粉末各组分的质量百分数为：

C：0.2%，Cr：10%，Mo：19%，W：5%，Ti：4%，Al：1%，

B：0.5%，Si：0.5%，Y₂O₃：0.3%，Ce：0.2%，Ni：余量；或

C：0.3%，Cr： 11%，Mo：18%，W：6%，Ti：5%，Al：2%，

B：0.6%，Si：0.4%，Y₂O₃：0.4%，Ce：0.3%，Ni：余量。