本發(fā)明涉及激光熔覆，具體而言，涉及一種激光熔覆粉末材料及其制備方法和合金鋼軸類(lèi)零件的激光熔覆修復(fù)方法。

背景技術(shù)：

1、風(fēng)電主軸主要使用的材料是合金結(jié)構(gòu)鋼，可以滿(mǎn)足承受高速旋轉(zhuǎn)和大負(fù)荷的要求。合金結(jié)構(gòu)鋼具有優(yōu)異的強(qiáng)度和韌性，更重要的是其在低溫環(huán)境下具有較好的抗疲勞性能，能夠保證主軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的穩(wěn)定性和壽命。35crmoa合金鋼具有較高的靜力強(qiáng)度、沖擊韌性和疲勞極限，同時(shí)在高溫下還擁有優(yōu)秀的持久強(qiáng)度，被廣泛應(yīng)用于高負(fù)荷下工作的重要結(jié)構(gòu)件，比如風(fēng)電主軸。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主軸在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，承受著由葉輪傳遞而來(lái)的周期性載荷與隨機(jī)性載荷，以及傳動(dòng)鏈自身的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)等載荷，在復(fù)雜多變的載荷作用下，主軸的失效破壞形式主要有兩種：一是由于極限載荷過(guò)大而導(dǎo)致主軸局部屈服產(chǎn)生破壞；二是由于交變載荷過(guò)大而導(dǎo)致主軸在使用期限內(nèi)產(chǎn)生疲勞損傷。而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常設(shè)計(jì)要求在20年以上，甚至更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)安全可靠地運(yùn)行，因此，主軸的極限強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度必須滿(mǎn)足要求，并有一定的安全儲(chǔ)備。

2、主軸在制造時(shí)可能存在金屬夾雜、裂紋、粗糙表面等缺陷，這些缺陷會(huì)在主軸運(yùn)行時(shí)逐漸擴(kuò)大并導(dǎo)致主軸提前失效。主軸在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行中也會(huì)受到各種環(huán)境因素的影響，如溫度、濕度、振動(dòng)等。同時(shí)，主軸的幾何形狀會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行而發(fā)生微小的變形，這也會(huì)導(dǎo)致主軸的失效，最終造成風(fēng)電主軸的報(bào)廢。而進(jìn)入檢修周期的產(chǎn)品經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的服役后，部件尺寸變形及過(guò)度磨損的情況也越來(lái)越嚴(yán)重，在極端載荷的情況下甚至出現(xiàn)裂紋等破壞性缺陷。因此，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行后，需要對(duì)風(fēng)電主軸的損傷部位進(jìn)行修復(fù)。目前，主要是通過(guò)堆焊的方式對(duì)受損傷的主軸進(jìn)行尺寸修復(fù)，但是堆焊后的主軸殘余應(yīng)力高，堆焊層的表面硬度高，硬度隨著背離表層距離增加而降低。并且傳統(tǒng)的堆焊在施焊過(guò)程中焊接熱輸入大，焊接熱影響區(qū)大，修復(fù)后不能保證金屬零部件產(chǎn)品原有的機(jī)械性能，此外，焊接過(guò)程中自動(dòng)化程度低，堆焊時(shí)容易產(chǎn)生二次缺陷，在對(duì)檢修產(chǎn)品和精密加工產(chǎn)品修復(fù)時(shí)，產(chǎn)品尺寸精度難以保證，從而使得該方法受到極大的限制。

3、此外，主軸因不滿(mǎn)足服役條件或其他原因?qū)е碌膹U舊主軸零件，可以通過(guò)再制造進(jìn)行再次利用。但再制造是以回收的廢舊主軸零件為原材料，其質(zhì)量的不穩(wěn)定性導(dǎo)致了再制造過(guò)程與新品制造過(guò)程的差異性很大，工藝不確定性因素較多。因此，零件的再制造質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量一致性控制相對(duì)于新品具有更多的復(fù)雜性。激光熔覆技術(shù)主要用于金屬零部件的表面修復(fù)和改性，也可被用于主軸的再制造。但主軸再制造過(guò)程由于主軸原始質(zhì)量、服役工況等都不同，其再制造工藝存在不確定性，尤其是激光再制造過(guò)程，工藝參數(shù)多、影響因素多、過(guò)程復(fù)雜，導(dǎo)致再制造過(guò)程難以控制，再制造質(zhì)量一致性較差。

4、鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種激光熔覆粉末材料及其制備方法和合金鋼軸類(lèi)零件的激光熔覆修復(fù)方法，以改善上述技術(shù)問(wèn)題。

2、本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種激光熔覆粉末材料，包括40wt.％～85wt.％的鎳基合金粉末、10wt.％～30wt.％的高熵合金粉末以及5wt.％～30wt.％的陶瓷增強(qiáng)顆粒；其中，鎳基合金粉末的化學(xué)組成為：cr:3wt.％～18wt.％、b:1wt.％～4wt.％、si:1wt.％～6wt.％、fe:5wt.％～20wt.％、c:0.2wt.％～0.9wt％以及v:0.1wt.％～0.3wt.％，余量為ni；高熵合金粉末的化學(xué)組成為：zr:16wt.％～18.5wt.％、al:8wt.％～20wt.％、ni:9.5wt.％～13wt.％、fe:19wt.％～23wt.％、cr:18wt.％～22wt.％以及co:20wt.％～24wt.％。

4、可選地，鎳基合金粉末的化學(xué)組成為：cr:3wt.％～5wt.％、b:1wt.％～3wt.％、si:2wt.％～4wt.％、fe:8wt.％～12wt.％、c:0.2wt.％～0.6wt％以及v:0.1wt.％～0.3wt.％，余量為ni。

5、可選地，鎳基合金粉末在激光熔覆粉末材料中的含量為55wt.％～65wt.％，高熵合金在激光熔覆粉末材料中的含量為15wt.％～25wt.％，陶瓷增強(qiáng)顆粒在激光熔覆粉末材料中的含量為15wt.％～25wt.％。

6、可選地，陶瓷增強(qiáng)顆粒為碳化鎢增強(qiáng)顆粒。

7、可選地，激光熔覆粉末材料的粒徑為15μm～50μm。

8、第二方面，本發(fā)明提供了一種上述激光熔覆粉末材料的制備方法，其包括：將按比例稱(chēng)取的鎳基合金粉末、高熵合金粉末以及陶瓷增強(qiáng)顆粒通過(guò)球磨機(jī)球磨。

9、可選地，球磨機(jī)為行星式球磨機(jī)，轉(zhuǎn)速為10r/min～400r/min，球磨時(shí)間為2h～24h。

10、可選地，球磨在惰性氣體的保護(hù)下進(jìn)行。

11、可選地，用于球磨的鎳基合金粉末的粒徑為15μm～75μm，球形度≥88％，用于球磨的高熵合金粉末的粒徑為16～50μm，球形度≥92％，氧含量≤150ppm，用于球磨的陶瓷增強(qiáng)顆粒的粒徑為3μm～15μm。

12、可選地，在球磨完成后，通過(guò)篩分分級(jí)獲得15μm～50μm的激光熔覆粉末材料。

13、第三方面，本發(fā)明還提供了一種合金鋼軸類(lèi)零件的激光熔覆修復(fù)方法，其包括：采用超高速激光熔覆對(duì)合金鋼軸類(lèi)零件的損傷部位進(jìn)行修復(fù)，所用激光熔覆材料為上述激光熔覆粉末材料。

14、可選地，激光熔覆操作條件包括：采用惰性氣體為保護(hù)氣體，送粉氣壓0.05mpa～0.9mpa，送粉量5g/min～45g/min；激光熔覆設(shè)備的功率為1kw～6kw；熔覆層厚度為0.2mm～5mm；激光熔覆的路徑軌跡采用正反向的螺旋軌跡運(yùn)動(dòng)的方式，激光熔覆和激光重熔交替進(jìn)行，激光重熔的功率為激光熔覆的2～3倍。

15、可選地，激光光斑直徑0.5mm～2mm，掃描速率20m/min～200m/min，搭接率為45～60％。

16、采用氬氣為保護(hù)氣體，送粉氣壓為0.2～0.4mpa，送粉量為18～25g/min；激光熔覆設(shè)備的功率為1.8～2.5kw，激光重熔的功率為3.6～5kw；激光光斑直徑0.8～1.2mm，掃描速率18～25m/min，搭接率為45～55％。

17、可選地，該合金鋼軸類(lèi)零件的激光熔覆修復(fù)方法還包括：在激光熔覆之前，去除主軸表面的銹漬、失效部位、疲勞層，并車(chē)削至表面無(wú)磨損或裂紋層，然后對(duì)主軸進(jìn)行激光預(yù)熱。

18、可選地，在激光熔覆之后，對(duì)主軸直線(xiàn)度和圓度進(jìn)行激光清洗和退火矯正，保證車(chē)削和磨削的加工余量，再采用機(jī)械加工將主軸修復(fù)至預(yù)設(shè)尺寸。

19、可選地，激光清洗的功率為1kw～2kw，清洗速度為0.5m/min～5m/min，退火矯正的表面溫度為900℃～1000℃，主軸的加工余量為0.3mm～0.5mm，表面粗糙度ra≤0.3。

20、本發(fā)明具有以下有益效果：通過(guò)引入特定比例的陶瓷增強(qiáng)顆粒和高熵合金粉末來(lái)改善熔覆粉末的綜合性能，使得混合后的合金粉末具有脫氧、還原、造渣、除氣、濕潤(rùn)金屬表面、良好的固態(tài)流動(dòng)性、適中的粒度、低含氧量等優(yōu)良特性。陶瓷增強(qiáng)顆粒的加入可以改善鎳基合金的高鎳含量帶來(lái)的硬度和耐磨性能下降，而高熵合金是通過(guò)增加合金的構(gòu)型熵來(lái)穩(wěn)定化學(xué)無(wú)序的固溶體相，抑制與之競(jìng)爭(zhēng)的有序金屬間化合物的形成，形成的單相固溶合金具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性。且高熵合金新穎獨(dú)到的成分設(shè)計(jì)，能夠很好的與鎳基合金的成分相契合，增強(qiáng)鎳基合金和陶瓷增強(qiáng)顆粒的分散相容性。除了引入合金元素和間隙元素來(lái)增強(qiáng)基體外，其還利用原位生成的al3zr粒子，作為晶粒內(nèi)新的成核位點(diǎn)，可有效地抑制晶粒的長(zhǎng)大，改善熔覆層的性能。該激光熔覆粉末能夠?qū)p傷失效的主軸表面受損位置進(jìn)行激光熔覆修復(fù)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)多層修復(fù)，突破了常規(guī)粉末和工藝修復(fù)層數(shù)的限制，修復(fù)后的組織致密，無(wú)裂紋和未熔融粉末等，焊道之間無(wú)明顯高度差且結(jié)合良好。