專利名稱：激光熔覆鈷基合金粉末及其制備方法
技術領域：
本發明屬于鈷基合金技術領域，涉及一種激光熔覆合金粉末及其制備方法，特別是一種激光熔覆鈷基合金粉末及其制備方法，該鈷基合金粉末適用于激光熔覆。
背景技術：
磨損一般都發生在機件表面，目前通過表面工程技術提高機件表面抗磨損能力是較新的方法，在這些新技術中，激光熔敷是現代表面工程技術領域的一種高新技術。光熔覆技術是指以不同的添加方法在被熔覆的基體上放置選擇的涂層材料，經激光輻照后，使之和基體表面熔化，經快速凝固形成低稀釋度的、與基體呈冶金結合的表面涂層的工藝過程。與傳統的表面涂層技術，如常規堆焊、火焰噴焊和電鍍等技術相比，它可以將高熔點的合金材料熔覆在低熔點的基材表面，也可以在低成本基材上制備出高性能的表面涂層，以取代大量高級高性能的整體材料，節約貴重金屬材料，降低零部件成本。激光熔覆技術具有熔覆層組織晶粒細小、熔覆層的結合為冶金結合、熱影響區和熱變形量小等優點。特別是激光熔覆可以獲得高性能的合金熔覆層，具有耐磨性、硬度、耐腐蝕性能、抗氧化性能、熱障性能、抗氣蝕和沖蝕磨損等特點，且無氣孔、裂紋等缺陷，因此，激光熔覆作為一種高性能表面覆層的先進技術在工業和航空航天等領域上具有廣闊的應用前景。激光熔覆作為一種先進的涂層技術，自從二十世紀七十年代以來，隨著激光器功率和穩定性的不斷提高，此項技術得到了迅速推廣和應用。然而，目前國內外市場上幾乎沒有激光熔覆專用的金屬粉末，激光熔覆所使用的合金粉末大多為熱噴涂所用自熔合金粉末，或是在現有粉末基礎上按不同成分配比、采取機械混粉方式制備激光熔覆所需的粉末。這方面雖取得了一些進展，但仍存在很多問題。這些混合粉末由于具有它自身原有的工藝特征，所以還不能完全滿足和適用于特定基材激光熔覆的工藝要求，仍然存在諸如裂紋、夾雜、氣孔、成分不均勻、性能不穩定等缺陷。而絕大多數自熔合金粉末中硼和硅的含量較高，使激光熔覆過程中的一些夾雜如硼硅酸鹽無法順利從快速凝固的熔池內浮出，導致激光熔覆層開裂敏感性大，激光熔覆層硬度高時開裂現象尤為明顯。激光熔覆技術的研究者已經認識到必須研制激光熔覆專用的合金粉末體系，激光熔覆專用的合金粉末主要有鐵基合金粉末、鎳基合金粉末和鉆基合金粉末，由于實際生產中的金屬零件主要是鐵基合金材料，相比較于鎳基合金粉末和鉆基合金粉末而言，鐵基合金粉末不僅因成分與零件基體成分接近，界面結合牢固，而且成本低，易于研究和推廣應用。因此，研制激光熔覆專用合金粉末具有很大的價值。近年來一些研究者獲得了一些激光熔覆專用鐵基合金粉末，但這些粉末還存在一定局限性，比如，為使激光熔覆層具有高的硬度和耐磨性，粉末中碳含量過高(重量％> O. 65% )導致激光熔覆層塑韌性較低，在激光熔覆大面積大厚度鐵基合金時熔覆層容易開裂，又如為使激光熔覆層具有高的塑韌性，粉末中碳含量過低(重量％<0. 25%)導致激光熔覆層硬度和耐磨性較低，使該種合金粉末的應用受到相當局限；另外，熱噴涂所用自熔合金粉末和近幾年所研制的激光熔覆專用鐵基合金粉末大多合金元素含量過高(重量％> 20% )，這明顯增加了粉末的成本，而且也很可能增加激光熔覆層的冷裂紋敏感性。總之，目前激光熔覆所使用的熱噴涂合金粉末和近幾年研制的激光熔覆專用鐵基合金粉末都存在相當的局限性。而使之在很多場合的應用中受到限制，這尤其表現于激光熔敷，從而影響了激光技術在現代表面工程技術領域中的應用。因此開發鐵基合金的激光熔覆材料具有重要的戰略意義。

發明內容
本發明的目的是避免上述現有技術中的不足之處而提供的一種激光熔覆高韌高硬鎳基合金粉末及其制備方法。采用霧化制粉技術，控制粉末的粒徑、分布和顆粒形狀，以用于激光熔覆，實現沒有微裂紋并且能夠制備大厚度的熔覆層的激光熔覆用粉末。為實現上述目的，本發明可以通過以下基本化學成分的設計和技術方案來實現本發明所提供的一種高硼高鉻低碳耐磨合金鋼化學成分及其質量百分比為；O. I O. 4% C、3. 5 5. 5% SiU. 5 3% Β、1· 6 2. 5% MnU. O 3. 0% Cr,O. 5 2%W、2. O 3. 0% Μο、0· 5 3% Ni、0. I O. 4% Nb、< 15% Fe,O. 2 O. 3% La203、0. 4 O. 5稀土 Y、Co余量和不可避免的雜質元素。本發明所提供的激光熔覆合金粉末及其制備方法，其制造工藝步驟是合金粉末制備的工藝流程為配料一熔煉一霧化一干燥一篩分；配料原料為純鈷、石墨粉、卩60、卩68、卩65丨、胃、恥、祖、1^20、￥;熔煉將上述配制好的原料在真空感應爐中進行熔煉，熔化溫度約為1450-1480°C，控制碳含量達到要求，爐前調整成分合格后，出爐溫度1290 1350°C ；霧化采用惰性氣或高壓水霧化，霧化孔徑3 5_，霧化壓力4 6MPa ；干燥所用設備是遠紅外烘干機，烘干溫度為380 400°C ；篩分由篩粉機篩出粒度范圍為140 400目的粉末作為成品粉。有益效果與現有技術相比，本發明具有如下優點I)本發明的激光熔覆用合金粉末既耐腐蝕又有較高的硬度，處理后的激光熔覆層具有無裂紋、無氣孔、無雜質、組織致密、晶粒細化等優點。2)本發明激光熔覆用鎳基合金粉末，特別適用于有較高表面硬度的合金工件的激光熔覆修復，所得激光熔覆合金粉末工藝性能好，在無需預熱和后續熱處理的條件下即可獲得大面積大厚度無裂紋的激光熔覆合金層，熔覆層強度、硬度和耐磨性高，塑韌性好，并且比現有大多數熱噴涂用自熔合金粉末和現有大多數激光熔覆用合金粉末成本大幅度降低。可減少戰略性稀有元素的用量，顯著降低激光熔覆成本。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發明作進一步詳述。O. I O. 4% C、3. 5 5. 5% Si、I. 5 3% B、I. 6 2. 5% Mn、I. O 3. 0% Cr、
O.5 2% W、0. 5 3% Ni,O. I O. 4% Nb、< 15% Fe,O. 2 O. 3% La203、0. 4 O. 5 稀土 Y、Co余量和不可避免的雜質元素。實施例一一種激光熔覆高韌高硬鎳基合金粉末及其制備方法，該合金成份為O. 3% C,4%Si,2. 5% B、2. 6% CrU. 5% W、2. 2% Mn,O. 3% Nb,2. 5% Ni,13% Fe,O. 3% La203、0. 4% Y、
Co余量。其制備方法，包括以下過程I、將C、2Si、B、Cr、Cu、Fe、La203、Y、Ni、Co按上述重量百分比配比，準備好制作金屬粉末的原材料。2、啟動真空感應中頻爐，按熔煉工藝的要求，放入金屬開始熔煉，一般容易氧化的金屬在熔化的后期放入。熔化溫度約控制在1420-1470°C ；3、當本爐的金屬全部在爐內熔化后，進行造渣，去除金屬液中的雜質。4、然后進入精煉期進行精煉，澆注前加入脫氧劑進行脫氧。5、控制碳含量達到要求，爐前調整成分合格后，出爐溫度控制在1290 1320°C。6、將熔煉合格的合金液體倒入錐體漏包中，開始進行金屬粉末的霧化，正常的霧化時間在5 20分鐘左右。7、霧化打開高壓惰性氣體瓶，將來自氣瓶的高壓氣體作為氣刀，對熔化后經孔徑為4 6mm的漏嘴約束后成一細流的熔融金屬液流進行切割霧化，霧化壓力4. 5 5MPa，將金屬霧化成極微小的金屬液滴，最后凝固成合金粉末。8、凝固后的金屬粉末，在高溫時還是相當容易氧化的，所以須在無氧或低氧的環境下讓其冷卻到室溫，才能減少粉末的含氧量。9、干燥所用設備是遠紅外烘干機，烘干溫度約350°C，干燥后的金屬粉末，先取樣進行化學成份的化驗，合格后轉入下道工序。10、對化驗合格的金屬粉末由篩粉機篩出粒度范圍為140 320目的粉末作為成品粉。再按用戶的要求進行篩分，包裝入庫。實施例二一種激光熔覆高韌高硬鎳基合金粉末及其制備方法，該合金成份為O. 2% C,5% Si、3%B、l. 5% Cr、I. 5%ff,2. 5% Mn,O. 2% Nb、3% Ni、12% Fe、0. 2%La2O3>0. 5% Y、Co 余量。其制備方法與實施例一相同。本發明提出的以上成份的鎳基合金粉末，特別適用于相應制件表面的激光熔覆，其熔覆層的硬度高，耐磨性良好，產生開裂和其它熔敷層缺陷的傾向小，可以制備大厚度熔覆層，激光熔覆工藝性能良好，比現用激光熔覆合金粉末的成本低，能適用更廣泛的應用需要。本發明的材料推廣應用具有顯著的經濟和社會效益。·權利要求
1 一種激光熔覆鈷基合金粉末及其制備方法，其特征在于所述的合金粉末化學成分及其質量百分比為；0· I O. 4% C、3. 5 5. 5% SiU. 5 3% Β、1· 6 2. 5% MnU. O ·3. 0% Cr,O. 5 2% W、0. 5 3% Ni、0. I O. 4% Nb、< 15% Fe,O. 2 O. 3% La203、0. 4 O. 5稀土 Y、Co余量和不可避免的雜質元素；其制造工藝步驟是合金粉末制備的工藝流程為配料一熔煉一霧化一干燥一篩分；配料:原料為鈷、石墨粉、？60、？68、？65丨、胃、恥、祖、1^20、￥;熔煉將上述配制好的原料在真空感應爐中進行熔煉，熔化溫度約為1420-1470°C，控制碳含量達到要求，爐前調整成分合格后，出爐溫度1280 1320°C ；霧化采用惰性氣或高壓水霧化，霧化孔徑4 5mm，霧化壓力4. 5 5MPa ；干燥所用設備是遠紅外烘干機，烘干溫度為380 400°C ；篩分由篩粉機篩出粒度范圍為140 400目的粉末作為成品粉。
全文摘要
本發明為一種激光熔覆鈷基合金粉末及其制備方法，其特征在于所述的鎳基合金粉末化學成分及其質量百分比為；0.1～0.4％C、3.5～5.5％Si、1.5～3％B、1.6～2.5％Mn、1.0～3.0％Cr、0.5～2％W、0.5～3％Ni、0.1～0.4％Nb、＜15％Fe、0.2～0.3％La2O3、0.4～0.5稀土Y、Co余量和不可避免的雜質元素。其制造工藝流程為配料→熔煉→霧化→干燥→篩分。本發明的激光熔覆用合金粉末既耐腐蝕又有較高的硬度，處理后的激光熔覆層具有無裂紋、無氣孔、無雜質、組織致密、晶粒細化等優點。在無需預熱和后續熱處理的條件下即可獲得大面積大厚度無裂紋的激光熔覆合金層，且熔覆層強度、硬度和耐磨性高，塑韌性好，成本低等優點。
文檔編號B22F9/08GK102912189SQ20121045746
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月15日 優先權日2012年11月15日
發明者丁剛, 丁家偉, 耿德英, 謝宗翰, 郭洪才, 印杰, 孫健, 唐華平 申請人:江蘇新亞特鋼鍛造有限公司