一種用于內燃機增壓器動葉片激光修復的鈷基合金粉末的制作方法
【專利摘要】一種用于內燃機增壓器動葉片激光修復的鈷基合金粉末，其組成包括有Co、Ni、Cr、Si；其特點是還包括有Nb、Y、W、B，其中各組分（質量百分數）為：Cr：8~15%；Ni：5~10%；Si:0.1~0.5%；Nb：0.3~0.5%；Y：0.1~0.3%；W：0.8~1.2%；B；0.5~1%；Co：余量。本發明實現了合金在具有適中硬度、強度的同時，具有良好的韌性和抗高溫氧化性，與葉片基材形成致密的冶金結合層，裂紋傾向性極小，滿足激光熔覆渦輪增壓器動葉片的要求。
【專利說明】一種用于內燃機增壓器動葉片激光修復的鈷基合金粉末

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種適合于激光熔覆的合金粉末材料，特別是涉及一種具有抗裂能力的、抗高溫氧化的用于內燃機增壓器動葉片激光修復的鈷基合金粉末，屬于國際專利分類表中的C23C24/10(2006.01)1【技術領域】。

【背景技術】
[0002]增壓器是內燃機車提高功率，降低能耗的重要設備，在增壓器中動葉片是最核心的部件。由于在650?700°C高溫下工作，工作轉速高達1000(T20000rpm。在這么高的溫度和轉速下，葉片經常發生磨損。增壓器工作介質中的固體顆粒也會對葉片造成損傷。葉片一旦損傷，轉子的動平衡受到破壞造成機械振動，影響行車安全。而且動葉片在工作時的自振對葉片的疲勞性能有很高的要求。超高的轉速對葉片的強度也有極高的要求。因此動葉片修復的材料必須具備如下的性能特征:疲勞性能好、耐高溫、強度高、硬度較高、耐磨損。
[0003]隨著我國鐵路運事業的發展需求，內燃機車不斷增速，目前大部分機車都在超負荷情況下運行，內燃機車里的關鍵部件增壓器的故障率也不斷增加，而在增壓器檢修過程中大部分的進氣殼需要進行更換，每年大約更換二千臺次以上，消耗很大。因此，選擇適當的內燃機增壓器動葉片修復方法和材料，保證修復后內燃機增壓器使用要求，是當前亟待解決的課題。
[0004]激光熔覆修復技術作為一種先進的再制造技術，近年來得到了迅速推廣和廣泛應用。
[0005]激光熔覆修復技術利用高能量激光束聚集能量極高的特點，瞬間將在基材表面預置或與激光同步自動送置的、具有特殊物理、化學或力學性能的合金粉末完全熔化，同時基材部分熔化，形成一種新的復合型材料，激光束掃描后快速凝固，獲得與基體冶金結合的致密覆層，以達到恢復幾何尺寸和表面強化的目的。
[0006]由于動葉片在制造時選用的是高溫合金，材料可焊性很差，常規的修復方法是焊接，選用的材料一般為鑄鐵焊條，但這些材料在修復和使用過程中都曾出現問題，如開裂、白口化、氣孔、脫焊等等。激光熔覆修復方式可以很好的解決以上的一些焊接問題，但是激光熔覆也需要相應的粉末材料，目前在耐熱鑄鐵激光熔覆上沒有相應的材料。以前一些在其他黑色金屬上熔覆效果很好的材料，對這種鑄鐵熔覆都會產生裂紋氣孔等缺陷，因此為進行內燃機增壓器的動葉片的修復，特意經過理論分析和試驗試驗發明了一種用于內燃機增壓器動葉片的激光修復專用粉末。


【發明內容】

[0007]本發明的目的在于提供一種具有抗磨損的、抗高溫氧化且韌性較好的激光修復內燃機增壓器動葉片的鈷基合金粉末，用于采用激光熔覆的方法修復內燃機增壓器動葉片的裂紋。該鈷基合金粉末是在純鈷焊條的成分基礎上，通過添加較多的Cr提高熔覆區域的抗高溫氧化性能，通過至少添加微量元素Nb、Y元素中的一種進行基體晶界強化，特別是通過至少添加T1、B、Si元素中的一種進行合金基體強化，該粉末具有較高硬度、強度的同時，又具有良好的韌性和抗高溫氧化性能，與鑄鐵作用不形成白口組織，裂紋傾向性極小的特點。
[0008]本發明給出的技術方案是:這種用于內燃機增壓器動葉片激光修復的鈷基合金粉末，其組成包括有Co、N1、Cr、Si ;其特點是還包括有Nb、Y、W、B，其中各組分(質量百分數)為。
[0009]Cr:8?15% ；N1:5?10% ；S1:0.Γθ.5% ；Nb:0.3?0.5%。
[0010]Y:0.Γθ.3% ；ff:0.8?1.2% ；B ；0.5?1% ；Co:余量。
[0011]本發明通過添加Cr元素提高抗高溫氧化性能；通過選擇合金基體強化元素、晶粒細化晶界強化元素，控制各組元素的百分比含量，使合金粉末獲得優越的綜合性能，從而實現了合金在具有適中硬度、強度的同時，具有良好的韌性和抗高溫氧化性，與葉片基材形成致密的冶金結合層，裂紋傾向性極小，滿足激光熔覆渦輪增壓器動葉片的要求。
[0012]本發明給出的用于內燃機增壓器動葉片激光修復的鈷基合金粉末是通過真空熔煉、真空氣霧化、篩選等工序制備的，粒度是一 100+270目。
[0013]本發明給出的用于內燃機增壓器動葉片激光修復的鈷基合金粉末，適用于全固態固體激光器，在修復應用所述粉末材料的熔覆工藝參數是:功率:80(Tl600W，光斑直徑:2?3臟，掃描速度:l(T30mm/s，置粉厚度:0.2?0.7mm。
[0014]與現有技術相比，本發明的有益效果是。
[0015]1.添加合金基體強化元素、晶粒細化和晶界強化元素，并調整各元素的百分比含量。通過強化手段，強化合金基體，又改進了晶界質量，使合金獲得良好的綜合性能。從而實現了合金在具有較高硬度和強度的同時，又具有良好的韌性，裂紋傾向性極小，從根本上解決并提高了合金粉末在激光熔覆動葉片時的抗磨損的、抗高溫氧化且韌性較好，工藝穩定性和成分均勻性，滿足了進氣殼激光熔覆的強度和韌性的要求。
[0016]2.通過添加較大量的Cr元素，提高該粉末激光熔覆后的抗高溫氧化性能，保證熔覆區域在內燃機渦輪增壓器的工況下不繼續發生高溫氧化，提高器修復的質量。
[0017]3.動葉片在修復后，通過探傷檢測、臺架試驗和實際運行檢測均證明該材料的強度和韌性滿足進氣殼使用的要求，修復部位沒有再次出現裂紋。

【具體實施方式】
[0018]實例I。
[0019]大連某機車車輛廠的內燃機動葉片，在使用中，一臺增壓器的20片葉片受到損傷，其中有5片葉片為頂部，其余均為異物撞擊造成葉片局部掉塊或出現坑點，個別葉片沿掉塊尖角出開裂，裂紋長度5_以內。
[0020]首先進行探傷檢查，并手工清理裂紋，直至所有裂紋清理干凈，探傷無缺陷后，打磨磨損部位，露出金屬光澤，探傷無缺陷后，清洗清理部位，清理掉該區域所有污垢和氧化物。修磨成合適的坡口，使用該材料進行激光熔覆。激光熔覆參數為“功率:1600W，光斑直徑:3mm，掃描速度:20mm/s，置粉厚度:0.5mm?！笔褂昧６仁?50目的該粉末進行熔覆，成分為:Cr:10% ；Ni:8% ；S1:0.25% ；Nb:0.3% ；Y:0.3% ；ff:1% ；B ；0.8% ；Co:余量。
[0021]熔覆后機械加工恢復原有螺孔的尺寸和精度，達到設計要求。經著色探傷檢測無缺陷后，組裝到實驗臺上進行試車，試車后拆卸檢測，無缺陷；裝機到車輛上實際運行，運行到一定公里數(為10萬公里)后再次檢測，仍然沒有缺陷。證明該材料的韌性和強度完全符合設計指標，而且也未出現高溫腐蝕現象。
[0022]實施例2。
[0023]某型號內燃機增壓器動葉片，沖蝕磨損。進氣邊磨損深度為Imm以上，且厚度減薄需要修復。
[0024]首先進行探傷檢查，確定無裂紋打磨磨損部位，露出金屬光澤，探傷無缺陷后，清洗清理部位，清理掉該區域所有污垢和氧化物。使用該材料進行激光熔覆。激光熔覆參數為“功率:2500W，光斑直徑:3mm，掃描速度:15mm/s，置粉厚度:0.5mm?！笔褂昧６仁?50目的該粉末進行熔覆，成分為:Cr:15% ；Ni:10% ；S1:0.5% ；Nb:0.5% ；Y:0.2% ；ff:1.2% ；B ；1% ；Co:余量。
[0025]熔覆后機械加工恢復原有尺寸和精度，達到設計要求。經著色探傷檢測無缺陷后，組裝到實驗臺上進行試車，試車后拆卸檢測，無缺陷，達到設計指標。
[0026]實施例3。
[0027]某型號內燃機增壓器動葉片，沖蝕磨損。排氣邊磨損深度為Imm以上，且厚度減薄出現毛刺，并沿毛刺尖角產生裂紋。
[0028]首先進行探傷檢查，并手工清理裂紋，直至所有裂紋清理干凈，探傷無缺陷后，打磨磨損部位，露出金屬光澤，探傷無缺陷后，清洗清理部位，清理掉該區域所有污垢和氧化物。修磨成合適的坡口，使用該材料進行激光熔覆。激光熔覆參數為“功率:1200W，光斑直徑:3_，掃描速度:12mm/s，置粉厚度:0.5mm。”使用粒度是150目的該粉末進行熔覆，成分為:Cr:8% ；Ni:5% ；S1:0.1% ；Nb:0.3% ；Y:0.1% ；ff:0.8% ；B ；0.5% ；Co:余量。
[0029]熔覆后機械加工恢復原有尺寸和精度，達到設計要求。經著色探傷檢測無缺陷后，組裝到實驗臺上進行試車，試車后拆卸檢測，無缺陷，達到設計指標。
【權利要求】
1.一種用于內燃機增壓器動葉片激光修復的鈷基合金粉末，其組成包括有Co、N1、Cr、Si，其特征在于還包括有Nb、Y、W、B，其中各組分的(質量百分數)為:
Cr:8?15% ；N1:5?10% ；S1:0.Γθ.5% ；Nb:0.3^0.5% ；
Y:0.Γθ.3% ；ff:0.8?1.2% ；B ；0.5?1% ；Co:余量。
2.根據權利要求1所述的用于內燃機增壓器動葉片激光修復的鈷基合金粉末，其特征在于優選的合金粉末組成的各組分的(質量百分數)為:
Cr:10% ；Ni:8% ；S1:0.25% ；Nb:0.3% ；
Y:0.3% ；ff: 1% ；B ；0.8% ；Co:余量。
3.根據權利要求1所述的用于內燃機增壓器動葉片激光修復的鈷基合金粉末，其特征在于優選的合金粉末組成的各組分的(質量百分數)為:
Cr:15% ；N1:10% ；S1:0.5% ；Nb:0.5% ；
Y:0.2% ；ff:1.2% ；B ；1% ；Co:余量。
4.根據權利要求1所述的用于內燃機增壓器動葉片激光修復的鈷基合金粉末，其特征在于優選的合金粉末組成的各組分的(質量百分數)為:
Cr:8% ；Ni:5% ；S1:0.1% ；Nb:0.4% ；
Y:0.1% ；ff:0.8% ；B ；0.5% ；Co:余量。
【文檔編號】C22C32/00GK104233283SQ201310244913
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月20日 優先權日:2013年6月20日
【發明者】張靜波, 陳江, 樸新欣 申請人:沈陽大陸激光技術有限公司