本發(fā)明涉及激光熔覆涂層，特別涉及一種nicr15fe合金表面高溫抗氧化涂層材料及制備方法。

背景技術(shù)：

1、高端裝備關(guān)鍵零部件易出現(xiàn)磨損、腐蝕等失效，造成工業(yè)生產(chǎn)巨大的損失。近幾十年來(lái)，激光熔覆技術(shù)在關(guān)鍵零部件的修復(fù)中得到了廣泛的應(yīng)用。高速激光熔覆與傳統(tǒng)熔覆相比具有高效、精確、低熱等優(yōu)勢(shì)，引起研究人員關(guān)注。研究表明，熔覆層中的晶粒尺寸及形貌、相分布等微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)對(duì)涂層的性質(zhì)具有重要的影響。因此通過(guò)激光熔覆工藝調(diào)控熔覆層微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)，從而獲得更好的涂層質(zhì)量及力學(xué)性能，并確保熔覆層在特定應(yīng)用場(chǎng)景中的可靠性及持久性。

2、鎳合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性、高溫強(qiáng)度和良好的機(jī)械性能，因此被廣泛應(yīng)用于石油和天然氣工業(yè)、航空航天工業(yè)、電子和電氣工業(yè)等領(lǐng)域。nicocr具有優(yōu)異的耐腐蝕性能、高溫強(qiáng)度、熔覆性能、機(jī)械性能以及可塑性和加工性能，這使得其作為鎳合金表面理想的熔覆材料。

3、激光熔覆nicocr合金通常具有較小而均勻的晶粒尺寸，這有助于提高涂層的硬度和韌性。此外，激光熔覆可以導(dǎo)致與基材相比略有不同的晶粒取向，從而改變涂層的力學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)在激光熔覆過(guò)程中，合金元素的分布會(huì)發(fā)生變化，形成復(fù)雜的相區(qū)。通過(guò)控制熔覆參數(shù)，可以調(diào)整合金元素的分布和相比例，以實(shí)現(xiàn)特定力學(xué)性能的要求，如硬度、強(qiáng)度和耐磨性。在激光熔覆過(guò)程中，合金中的某些元素可能會(huì)發(fā)生固溶、溶解或相變。這些相變和相析出可以影響涂層的力學(xué)性能，如強(qiáng)度、韌性和變形能力。激光熔覆nicocr合金涂層通常具有較高的硬度和良好的抗磨性。相對(duì)較小的晶粒尺寸和合金元素的均勻分布可以提供顯著的硬度增加和磨損耐受能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述狀況，本發(fā)明的主要目的是為了提出一種nicr15fe合金表面高溫抗氧化涂層材料及制備方法，以解決上述技術(shù)問(wèn)題。

2、本發(fā)明提出了一種nicr15fe合金表面高溫抗氧化涂層材料的制備方法，所述方法包括如下步驟：

3、以nicr15fe合金作為基體材料，以cocrni合金粉末作為熔覆材料，對(duì)基體材料進(jìn)行預(yù)處理，采用摻鐿光纖激光器按照設(shè)定的激光熔覆工藝參數(shù)將熔覆材料熔覆于基體材料上；

4、設(shè)定的激光熔覆工藝參數(shù)為：激光功率1300～2100/w，掃描速度為40～120mm/s，送粉速度為2r/min，光斑直徑為2/mm。

5、進(jìn)一步的，設(shè)定的激光熔覆工藝參數(shù)為，激光功率1900/w，掃描速度為100mm/s，送粉速度為2r/min，光斑直徑為2/mm。

6、進(jìn)一步的，熔覆過(guò)程中，熔覆材料采用氮?dú)獯党觥?/p>

7、進(jìn)一步的，nicr15fe合金成分按質(zhì)量百分比計(jì)算包括有：72.50％ni，14.10％cr，9.80％fe，0.30％mn，0.30％ti，0.35％al，0.10％c，0.50％si以及2.05％不可避免的雜質(zhì)。

8、進(jìn)一步的，cocrni合金粉末成分按質(zhì)量百分比計(jì)算包括有：34.54％ni，34.47％co，30.55％cr以及0.44％不可避免的雜質(zhì)。

9、進(jìn)一步的，對(duì)基體材料進(jìn)行預(yù)處理包括用砂紙打磨去表面氧化層、用乙醇清洗除油污和晾干操作。

10、進(jìn)一步的，熔覆層幾何尺寸為：熔池寬為480.8～1456.8μm，總深為143.7～491.3μm，熔池深為69.5～373.5μm，層高為24.2～75.1μm。

11、本發(fā)明還提出一種nicr15fe合金表面高溫抗氧化涂層材料，所述涂層材料采用上述的nicr15fe合金表面高溫抗氧化涂層材料的制備方法制備而成。

12、進(jìn)一步的，涂層材料截面包括上層、中層、下層和與基體的交界處的過(guò)渡層，涂層材料上層的成分按原子百分?jǐn)?shù)計(jì)包括有27.28％cr、31.91％fe、19.32％co和21.49％ni；

13、涂層材料中層的成分按原子百分?jǐn)?shù)計(jì)包括有26.44％cr、37.94％fe、16.11％co和19.51％ni；

14、涂層材料下層的成分按原子百分?jǐn)?shù)計(jì)包括有21.11％cr、71.69％fe、0.1％co和7.1％ni。

15、進(jìn)一步的，涂層材料上層為細(xì)晶區(qū)，涂層材料中層為等軸晶和柱狀晶的混合區(qū)，涂層材料下層為柱狀晶區(qū)，涂層材料與基體的交界處的過(guò)渡層生成σ相。

16、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下：

17、1、熔覆過(guò)程中快熱急冷，涂層晶粒得到有效細(xì)化，細(xì)晶強(qiáng)化對(duì)涂層硬度的提高提供了有利條件；其次，在快熱急冷過(guò)程中，涂層中易生成非平衡化合物，一部分為固溶強(qiáng)化提供了條件，一部分非平衡化合物為硬質(zhì)相，進(jìn)一步提升了涂層硬度。使得本發(fā)明所制備的涂層材料硬度最高能達(dá)到321.9hv，遠(yuǎn)超基體材料硬度。

18、2、本發(fā)明可以形成組織致密，無(wú)氣孔裂紋的熔覆層，從熔覆層中部組織形貌可看出是由有方向性的柱狀晶枝、無(wú)方向性的晶枝及小部分等軸晶共同構(gòu)成，因此在較高的強(qiáng)度和剛度情況下還具有較好的韌性和延展性。

19、3、本發(fā)明采用的基體材料和熔覆材料都是耐腐蝕材料，在進(jìn)行熔覆過(guò)程中無(wú)需保護(hù)氣體，在熔覆完成后也無(wú)需后處理即可直接投入使用，可以極大的提高熔覆效率。

20、4、本發(fā)明采用高速激光熔覆技術(shù)，相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有高效、節(jié)能等優(yōu)勢(shì)；同時(shí)基體為耐腐蝕材料，但該材料在極端化學(xué)條件下易腐蝕，本技術(shù)應(yīng)用于江西省某化工廠(chǎng)高端進(jìn)口化工設(shè)備攪拌軸的修復(fù)，其制備的涂層，主要用于針對(duì)易腐蝕、磨損的關(guān)鍵零部件的修復(fù)工藝，修復(fù)完成后，即可投入使用。

21、本發(fā)明的附加方面與優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施例了解到。

技術(shù)特征：

1.一種nicr1?5fe合金表面高溫抗氧化涂層材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的nicr15fe合金表面高溫抗氧化涂層材料的制備方法，其特征在于，設(shè)定的激光熔覆工藝參數(shù)為，激光功率1900/w，掃描速度為100mm/s，送粉速度為2r/min，光斑直徑為2/mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的nicr15fe合金表面高溫抗氧化涂層材料的制備方法，其特征在于，熔覆過(guò)程中，熔覆材料采用氮?dú)獯党觥?/p>

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的nicr15fe合金表面高溫抗氧化涂層材料的制備方法，其特征在于，nicr15fe合金成分按質(zhì)量百分比計(jì)算包括有：72.50％ni，14.10％cr，9.80％fe，0.30％mn，0.30％ti，0.35％a1，0.10％c，0.50％si以及2.05％不可避免的雜質(zhì)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的nicr15fe合金表面高溫抗氧化涂層材料的制備方法，其特征在于，cocrni合金粉末成分按質(zhì)量百分比計(jì)算包括有：34.54％ni，34.47％co，30.55％cr以及0.44％不可避免的雜質(zhì)。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的nicr15fe合金表面高溫抗氧化涂層材料的制備方法，其特征在于，對(duì)基體材料進(jìn)行預(yù)處理包括用砂紙打磨去表面氧化層、用乙醇清洗除油污和晾干操作。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的nicr15fe合金表面高溫抗氧化涂層材料的制備方法，其特征在于，熔覆層幾何尺寸為：熔池寬為480.8～1456.8μm，總深為143.7～491.3μm，熔池深為69.5～373.5μm，層高為24.2～75.1μm。

8.一種nicr1?5fe合金表面高溫抗氧化涂層材料，其特征在于，所述涂層材料采用權(quán)利要求1至7任意一項(xiàng)所述的nicr1?5fe合金表面高溫抗氧化涂層材料的制備方法制備而成。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的nicr1?5fe合金表面高溫抗氧化涂層材料，其特征在于，涂層材料截面包括上層、中層、下層和與基體的交界處的過(guò)渡層，涂層材料上層的成分按原子百分?jǐn)?shù)計(jì)包括有27.28％cr、31.91％fe、19.32％co和21.49％ni；

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的nicr15fe合金表面高溫抗氧化涂層材料，其特征在于，涂層材料上層為細(xì)晶區(qū)，涂層材料中層為等軸晶和柱狀晶的混合區(qū)，涂層材料下層為柱狀晶區(qū)，涂層材料與基體的交界處的過(guò)渡層生成σ相。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出一種NiCr15Fe合金表面高溫抗氧化涂層材料及制備方法，該方法以NiCr15Fe合金作為基體材料，以CoCrNi合金粉末作為熔覆材料，對(duì)基體材料進(jìn)行預(yù)處理，采用摻鐿光纖激光器按照設(shè)定的激光熔覆工藝參數(shù)將熔覆材料熔覆于基體材料上。本發(fā)明可以形成組織致密，無(wú)氣孔裂紋的熔覆層，從熔覆層中部組織形貌可看出是由有方向性的柱狀晶枝、無(wú)方向性的晶枝及小部分等軸晶共同構(gòu)成，因此在較高的強(qiáng)度和剛度情況下具有較好的韌性和延展性。

技術(shù)研發(fā)人員：吳孝泉,鄢麗娟
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26