本發(fā)明涉及激光熔覆材料領(lǐng)域，具體涉及一種鎳基多組元激光熔覆粉末及激光熔覆該粉末的方法。
背景技術(shù)：
隨著激光技術(shù)的快速發(fā)展，其在材料加工領(lǐng)域扮演著越來越多重要的角色，作為激光加工技術(shù)的一種，激光熔覆由于其成型速度快，加工面積小，控制精度高等優(yōu)勢(shì)，在材料工件的表面修復(fù)及表面改性方面發(fā)揮著越來越重要的作用。激光熔覆加工通過將特定粉末或絲材在工件表面缺陷處熔融，使缺陷表面和熔融粉末重新凝固結(jié)晶，獲得完好的表面組織結(jié)構(gòu)，恢復(fù)工件的使用性能。此外，激光熔覆加工可以將特定粉末在工件表面進(jìn)行連續(xù)性熔融結(jié)晶，獲得特定熔覆層表面，改善零件的耐磨、耐蝕、耐熱等性能。
目前，針對(duì)激光熔覆修復(fù)的粉末主要依據(jù)所修復(fù)或改性工件的基材，一般分為鎳基、鈷基和鐵基，同時(shí)針對(duì)修復(fù)和改性的需要在粉末內(nèi)添加一定量的活性元素及硬質(zhì)顆粒，構(gòu)成多組元粉末，來調(diào)整修復(fù)或改性區(qū)的晶粒度、硬度等性能。激光熔覆粉末的多元化雖然可以獲得較多的性能改善，但是增加了加工的難度，特別是多組元粉末的熔點(diǎn)差異性容易導(dǎo)致粉末熔池組元的不均勻性，影響修復(fù)及改性區(qū)的性能。此外，激光高能量密度的特點(diǎn)使得熔區(qū)和零件基材的溫差過大，加之熔區(qū)成分組元的多元化增加了熔覆區(qū)的裂紋敏感性，很容易導(dǎo)致熔覆層的開裂、和基材的融合度不高等問題，影響激光熔覆加工修復(fù)及改性工件的效果。因此，研究具有良好融合度、耐磨等性能的激光熔覆粉末，用于機(jī)械零件損傷部位的修復(fù)，恢復(fù)工件的功能，可以有效延長(zhǎng)機(jī)器設(shè)備的使用壽命，既可以提高生產(chǎn)效率，還能解決通過堆焊、噴涂技術(shù)普遍存在的工件應(yīng)力形變大和界面結(jié)合力低等問題，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
雖然目前主流的鐵基、鎳基和鈷基熔覆粉末的主體為同一族元素，但是其適用范圍相差較大，特別是用于工件修復(fù)。其中，鐵基粉末主要用于各種鋼，鎳基粉末主要用于鎳基高溫合金，鈷基粉末主要用于鈷基合金。鎳基粉末之所以不同于鐵基和鈷基粉末，是因?yàn)槠湫迯?fù)的鎳基高溫合金大多以鎳和鋁元素形成的γ＇作為主要強(qiáng)化相，鐵基和鈷基粉末會(huì)對(duì)修復(fù)區(qū)的成分造成顯著的改變，進(jìn)而影響修復(fù)工件的整體性能。為了降低激光熔覆修復(fù)對(duì)鎳基合金成分和組織的影響，鎳基合金熔覆粉末大都以鎳為主，添加適量的鋁，輔以適量的組織優(yōu)化材料，同時(shí)要盡量接近修復(fù)合金的成分。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有傳統(tǒng)技術(shù)的不足，提供一種鎳基多組元激光熔覆粉末及激光熔覆該粉末的方法。
一種鎳基多組元激光熔覆粉末，按照質(zhì)量百分比粉末組成為：Fe為10～25％，Al為6～15％，TiB2為1～5％，Dy為0.5～1.0％，Ni為余量。
進(jìn)一步地，鎳基多組元激光熔覆粉末的組成為：Fe為15～20％，Al為6～10％，TiB2為1～3％，Dy為0.5～1.0％，Ni為余量。
進(jìn)一步地，鎳基多組元激光熔覆粉末的組成為：Fe為18％，Al為8％，TiB2為3％，Dy為0.5％，Ni為70.5％。
進(jìn)一步地，鎳基多組元激光熔覆粉末各組分為純度≥99％的粉末，即鎳粉、鋁粉、二硼化鈦粉、鏑粉和鐵粉，粒徑為200～600目。
進(jìn)一步地，鎳基多組元激光熔覆粉末各組分的粒徑為300～500目。
一種激光熔覆上面所述粉末的方法，具體是：將鎳基多組元激光熔覆粉末和無水乙醇混合后均勻后鋪覆在熔覆基體材料表面，輥壓后晾干，形成預(yù)制層，通過激光熔覆即可獲得熔覆層。
進(jìn)一步地，在鎳基多組元激光熔覆粉末和無水乙醇的混合物中，鎳基多組元激光熔覆粉末占90～94wt％，無水乙醇占6～10wt％。
進(jìn)一步地，所述預(yù)制層的厚度為1.0～1.8mm。
進(jìn)一步地，所述基體材料為K452高溫合金。
進(jìn)一步地，所述激光熔覆的工藝參數(shù)為：激光功率為900～1250KW，光斑直徑為0.6～0.8mm，掃描速度為240～320mm/min，離焦量為0，保護(hù)氣體采用氬氣，氣體流量為18～24L/min。
進(jìn)一步地，所述激光熔覆的工藝參數(shù)為：激光功率為1000～1250KW，光斑直徑為0.6～0.8mm，掃描速度為280～320mm/min，離焦量為0，保護(hù)氣體采用氬氣，氣體流量為18～24L/min。
本發(fā)明具有以下有益效果：
本發(fā)明的鎳基多組元激光熔覆粉末中，F(xiàn)e和Al為主要的合金元素，其中Fe主要用于形成γ基體，F(xiàn)e和Ni混合可以改善熔體的潤(rùn)濕性，提高熔覆材料在損傷部位的融合度，改善修復(fù)效果；Al主要用于形成γ＇強(qiáng)化相，保障熔區(qū)強(qiáng)度，同時(shí)Al可以與氧結(jié)合形成氧化物上浮，提高熔體純凈度，改善熔覆材料的高溫延塑性，降低裂紋形成。
本發(fā)明通過在激光熔覆粉末中添加適量的TiB2，TiB2可以作為一次結(jié)晶的形核核心，增加形核數(shù)，從而細(xì)化晶粒，改善熔覆區(qū)的強(qiáng)度。
本發(fā)明通過在激光熔覆粉末中添加適量的Dy，主要是為了利用其活性對(duì)粉末熔池進(jìn)行凈化，降低熔池中的雜質(zhì)含量，形成的稀土化合物可以作為結(jié)晶形核核心，改善熔融微區(qū)晶粒度。
本發(fā)明作為鎳基多組元激光熔覆粉末材料，可以按照實(shí)際需要，再加入一定量的W、Ta、Zr、Mo等元素來進(jìn)一步改善熔覆區(qū)的性能。
本發(fā)明針對(duì)鎳基高溫合金K452工件的表面微區(qū)修復(fù)，設(shè)計(jì)出了一種含有鐵、鋁、稀土和硬質(zhì)陶瓷顆粒的鎳基激光熔覆粉末，其主體成分跟K452合金相近，同時(shí)添加適量稀土和硬質(zhì)陶瓷，可以進(jìn)一步優(yōu)化熔覆修復(fù)區(qū)的組織和性能。針對(duì)激光熔覆工藝能量輸入低、組織可控性強(qiáng)、工件熱影響小等特點(diǎn)，研究具體的激光修復(fù)加工工藝，有效修復(fù)K452高溫合金工件的缺陷及損傷部位，恢復(fù)工件的結(jié)構(gòu)功能，在實(shí)際生產(chǎn)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
利用本發(fā)明技術(shù)可獲得無裂紋的激光熔覆層，硬度較高，成本較低，提高熔合度并保證強(qiáng)度和塑性，適合于多種零部件修復(fù)加工。
附圖說明
圖1是實(shí)施例1在K452高溫合金表面熔覆的鎳基多組元激光熔覆粉末的掃描電鏡圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，以下實(shí)施例使用的各個(gè)藥品如下表所示，粒徑均為200～600目。
使用的基體材料K452高溫合金的化學(xué)成份如下表所示。
依據(jù)下表所示的各個(gè)組分的質(zhì)量百分含量，采用電子稱準(zhǔn)確稱取各種組分的粉末。
將各組分加入行星球磨機(jī)研磨罐中并添加適量無水乙醇，球磨0.5小時(shí)使其混合均勻，得到鎳基多組元激光熔覆粉末。
使用時(shí)，將鎳基多組元激光熔覆粉末通過無水乙醇調(diào)成糊狀，均勻鋪覆在基體材料表面，適當(dāng)輥壓，待無水乙醇揮發(fā)后，形成預(yù)制層，通過激光熔覆即可獲得熔覆層。
激光器采用JK2003SM型Nd：YAG。
實(shí)施例1
鎳基多組元激光熔覆粉末91wt％，乙醇9wt％，預(yù)制層厚度為1.5mm，激光功率為1250KW，光斑直徑為0.8mm，掃描速度為240mm/min，離焦量為0，保護(hù)氣體采用氬氣，氣體流量24L/min。
實(shí)施例2
鎳基多組元激光熔覆粉末94wt％，乙醇6wt％，預(yù)制層厚度為1.0mm，激光功率為1000KW，光斑直徑為0.6mm，掃描速度為280mm/min，離焦量為0，保護(hù)氣體采用氬氣，氣體流量20L/min。
實(shí)施例3
鎳基多組元激光熔覆粉末90wt％，乙醇10wt％，預(yù)制層厚度為1.2mm，激光功率為900KW，光斑直徑為0.8mm，掃描速度為300mm/min，離焦量為0，保護(hù)氣體采用氬氣，氣體流量20L/min。
實(shí)施例4
鎳基多組元激光熔覆粉末92wt％，乙醇8wt％，預(yù)制層厚度為1.8mm，激光功率為1100KW，光斑直徑為0.7mm，掃描速度為320mm/min，離焦量為0，保護(hù)氣體采用氬氣，氣體流量22L/min。
實(shí)施例5
鎳基多組元激光熔覆粉末93wt％，乙醇7wt％，預(yù)制層厚度為1.5mm，激光功率為1150KW，光斑直徑為0.6mm，掃描速度為280mm/min，離焦量為0，保護(hù)氣體采用氬氣，氣體流量18L/min。
采用自動(dòng)轉(zhuǎn)塔數(shù)顯硬度計(jì)測(cè)量了熔覆區(qū)和合金基體的顯微硬度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示。
以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明熔覆區(qū)的硬度相比合金基體有顯著提升。
采用掃描電鏡對(duì)在K452高溫合金表面熔覆的鎳基多組元激光熔覆粉末(實(shí)施例1)進(jìn)行了觀察，并對(duì)熔融區(qū)和高溫合金的界面進(jìn)行了分析，圖1(a)顯示熔覆粉末所形成的熔池跟K452高溫合金基體存在著較好的潤(rùn)濕鋪展，產(chǎn)生了深度為0.3mm左右的基體熔融；圖1(b)顯示熔融區(qū)和基體具有較好的結(jié)合界面，沒有夾雜。
可見利用本發(fā)明的鎳基多組元激光熔覆粉末在激光熔覆加工后可以同K452高溫合金形成較好的融合度，消除表面的微缺陷或損失，并能提高熔覆區(qū)的顯微硬度。
以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何屬于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。