修復(fù)受損膨脹機(jī)葉片的激光熔覆鈷基合金粉末及修復(fù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于再制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種能量回收透平膨脹機(jī)葉片受損后表面 修復(fù)用激光熔覆鈷基合金粉末，屬于表面工程應(yīng)用和再制造技術(shù)工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 機(jī)械零件在服役期間會(huì)受到不同工況條件下的表面磨損與腐蝕，對(duì)表面受損零部 件進(jìn)行再制造修復(fù)進(jìn)而重新投入使用是再制造領(lǐng)域一項(xiàng)非常重要的創(chuàng)造性工作，也是節(jié)約 資源、保護(hù)環(huán)境、滿足當(dāng)前社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求所在。
[0003] 冶金和石化等領(lǐng)域中大型裝備用能量回收透平（TRT)系列膨脹機(jī)的葉片、主軸等 核心部件均承受A1203、Si02等固體顆粒的沖刷和強(qiáng)腐蝕環(huán)境（C02,H2S，S02,C1，水汽、鹽霧 等）的聯(lián)合作用，腐蝕和磨損條件十分苛刻。盡管目前為了滿足耐腐蝕、耐熱、抗沖刷的工 況條件，采用了 2Crl3、0Crl7Ni4Cu4Nb等不銹鋼材料制備工作葉片，并采用了高溫離子氮 化等表面處理技術(shù)進(jìn)行防護(hù)，但是仍然不能滿足抗沖刷、耐腐蝕服等役環(huán)境的苛刻要求，使 得此類關(guān)鍵零部件在服役中極易發(fā)生磨損，并誘發(fā)裂紋進(jìn)而發(fā)生疲勞破壞，引起零部件失 效。風(fēng)機(jī)行業(yè)中每年因腐蝕、磨損等導(dǎo)致的零部件更換不僅造成原材料的極大浪費(fèi)，同時(shí)因 機(jī)組停機(jī)也為風(fēng)機(jī)用戶帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
[0004] 目前在0Crl7Ni4Cu4Nb不銹鋼基材上為兼顧耐蝕性常采用Co基和Ni基合金作為 激光熔覆層材料。Ni基合金有較高的硬度和耐腐蝕性，但激光快凝產(chǎn)生的高應(yīng)力易使涂層 在搭接恪覆時(shí)形成橫向穿透裂紋；而單一的Co基合金涂層在高應(yīng)力磨損時(shí)的耐磨性及抗 熱震性等還有待于提高，尤其是大面積的激光多道搭接熔覆，由于搭接區(qū)受到激光二次重 熔以及后道對(duì)前道的回火作用，使得多道熔覆層搭接區(qū)的組織明顯劣化，同種涂層材料下 的多道熔覆層硬度明顯低于單道涂層。倘若能通過(guò)調(diào)控合金粉成分和比例來(lái)調(diào)整激光熔覆 層物相，并隨激光熔覆過(guò)程中溫度變化保持物相不變，可有望改變裂紋以及組織裂化問(wèn)題。 基于此，如何設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)適用于能量回收透平膨脹機(jī)葉片的耐腐蝕激光熔覆用鈷基合金粉 末具有重大的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)能量回收透平膨脹機(jī)葉片沖刷腐蝕工況介質(zhì)提供一種不銹鋼葉片表 面激光熔覆用鈷基合金粉末的配方。該方法利用Co、W、Mo、Ni等元素改善了材料的相容 性，使熔覆層合金具有良好的耐腐蝕性能，在保證熔覆層具有適當(dāng)強(qiáng)度和硬度的同時(shí)，有效 提高了合金層的耐腐蝕性能，為能量回收透平膨脹機(jī)葉片的激光修復(fù)提供了一種適用的熔 覆粉末。
[0006] 為達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供的一種用于修復(fù)受損膨脹機(jī)葉片的激 光熔覆鈷基合金粉末，包括下述質(zhì)量百分比的原料：
[0007] Co20. 0 ~50%;W1. 0 ~3· 0%;M〇 2. 0 ~5. 0%;Cr20. 0 ~26. 0%;Fe19. 0 ~ 45.0%;Ni0 ~9%，余量為Si。
[0008] 相應(yīng)地，本發(fā)明給出了一種利用激光熔覆鈷基合金粉末修復(fù)受損膨脹機(jī)葉片的方 法，包括下述步驟：
[0009] 1)對(duì)0Crl7Ni4Cu4Nb型不銹鋼受損膨脹機(jī)葉片進(jìn)行熔覆前常規(guī)預(yù)處理：去油、去 銹并砂紙打磨至表面粗糙度為Ra= 0. 2μm，最后用丙酮、酒精清洗干凈；
[0010] 2)配比激光熔覆鈷基合金粉末：將20. 0~50%Co、l. 0~3. 0%W、2. 0~5. 0% Μο、20· 0~26. 0%Cr、19. 0~45. 0%Fe、0~9%Ni，余量為Si按照質(zhì)量比進(jìn)行混合； [0011] 3)最后通過(guò)激光三維掃描進(jìn)行逆向建模，確定葉片修復(fù)部位及其尺寸，然后進(jìn)行 激光修復(fù)；
[0012] 4)采用數(shù)控激光熔覆機(jī)，以氬氣為保護(hù)氣，采用C02激光器為發(fā)射激光源，以及錐 形粉束同軸送粉方式，將步驟2)配制的混合粉體對(duì)受損膨脹機(jī)葉片進(jìn)行多道搭接激光熔 覆，搭接系數(shù)為〇. 6,熔覆層厚度為0. 8mm。
[0013] 進(jìn)一步，所述激光熔覆的功率為3~5KW、光斑直徑為2. 5~4_、掃描速度為 2. 0 ~4.Omm/s、送粉速度為 7. 1 ~10. 2g/min。
[0014] 進(jìn)一步，采用激光熔覆的方式將其用鈷基合金粉末進(jìn)行多道搭接熔覆，熔覆層以 奧氏體為主相，其硬度為283~325HV，電化學(xué)試驗(yàn)腐蝕電位和腐蝕電流分別為-0. 0367~ 0· 269V和 2· 63X10 7~6· 16X10sA/cm3,浸泡 100h后腐蝕失重量為 0· 13mg~0· 2mg/cm2。
[0015] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0016] 本發(fā)明基于基體材料添加適量的合金元素形成耐腐蝕激光熔覆用Co基合金粉 末，提高熔覆層耐腐蝕能力并解決大面積多道搭接易開(kāi)裂問(wèn)題。該方法以Co和Ni兩種元 素穩(wěn)定主相，添加適量的Cr、Ni元素可以細(xì)化組織晶粒，使熔覆層具有較高的耐蝕性，同時(shí) 提高合金層淬透性，提高強(qiáng)度和韌性；添加少量的W和Mo同時(shí)降低Si和B元素含量，可調(diào) 控合金熔覆層以?shī)W氏體為主相組成，并穩(wěn)定主相；提高韌性和耐腐蝕性，減少熔覆層多道搭 接時(shí)開(kāi)裂現(xiàn)象。添加適量Co、W元素的目的在于提高熔覆合金的潤(rùn)濕性，在大尺寸多道搭接 修復(fù)時(shí)降低熔覆層開(kāi)裂敏感性，同時(shí)改善熔覆層的耐磨性。
[0017] 其次，合金粉成分盡可能簡(jiǎn)單化設(shè)計(jì)，降低成本和提高熔覆工藝穩(wěn)定性，保證了能 量回收透平膨脹機(jī)葉片的激光修復(fù)質(zhì)量和有效壽命。
[0018] 實(shí)驗(yàn)表明，此Co基激光熔覆合金粉末形成的熔覆層形貌平整無(wú)裂紋，可顯著提升 了 0Crl7Ni4Cu4Nb不銹鋼耐腐蝕性，滿足能量回收透平膨脹機(jī)葉片（0Crl7Ni4Cu4Nb)嚴(yán)重 受損后再制造修復(fù)所需要求。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。
[0020] 本發(fā)明利用激光熔覆鈷基合金粉末修復(fù)受損膨脹機(jī)葉片的方法，包括下述步驟：
[0021] 1)選取0Crl7Ni4Cu4Nb型不銹鋼為基體，試樣尺寸為50_X30_X10_，并進(jìn)行 熔覆前常規(guī)預(yù)處理：去油、去銹并砂紙打磨至表面粗糙度為Ra= 0. 2μm，最后用丙酮、酒精 清洗干凈；
[0022] 2)配比激光熔覆用不同成分的Co基合金粉末：(：〇、1、1〇、046、附其中，(：〇基合 金粉末化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比范圍為：20. 0~50%Co、l. 0~3. 0%W、2. 0~5. 0%Mo、 20. 0 ~26. 0%Cr、19. 0 ~45. 0%Fe、0 ~9%Ni，余量為Si;
[0023] 3)最后通過(guò)激光三維掃描進(jìn)行逆向建模，確定葉片修復(fù)部位及其尺寸，然后進(jìn)行 激光修復(fù)；
[0024] 4)采用HGL-JKR5250多功能數(shù)控激光熔覆機(jī)，以氬氣為保護(hù)氣，C02激光器為發(fā)射 激光源，錐形粉束同軸送粉方式進(jìn)行多道搭接激光熔覆，搭接系數(shù)為〇. 6,熔覆層厚度約為 0. 8mm;激光熔覆的激光功率為3~5KW、光斑直徑為2. 5~4mm、掃描速度為2. 0~4. 0mm/ s、送粉速度為7. 1~10. 2g/min。
[0025] 4)熔覆后進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)和性能檢測(cè)。
[0026] 將熔覆后的試樣沿垂直于掃描方向線切割，熔覆層表面及橫斷面均用滲透法檢 測(cè)裂紋，微觀結(jié)構(gòu)表征采用金相顯微鏡、掃描電鏡（SEM)、X射線衍射（XRD)、能譜（EDAX);耐 腐蝕性和力學(xué)性能基于沖刷腐蝕實(shí)驗(yàn)、電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)和顯微硬度進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中浸泡腐 蝕實(shí)驗(yàn)條件見(jiàn)表一。
[0027] 表一浸泡腐蝕實(shí)驗(yàn)中腐蝕條件
[0028]
[0029] 表二電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)腐蝕條件
[0030]
[0032] 添加W和Mo同時(shí)降低Si和B元素含量，減少熔覆層多道搭接時(shí)開(kāi)裂敏感性，適合 用于嚴(yán)重沖刷腐蝕后的〇Crl7Ni4Cu4Nb型不銹鋼葉片再制造修復(fù)。
[0033] 下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0034] 實(shí)施例1
[0035] 選用0Crl7Ni4Cu4Nb葉片用鋼（尺寸：50mmX30mmX10mm)作為基底，進(jìn)行恪覆前 預(yù)處理：去油、去銹并砂紙打磨至表面粗糙度為Ra= 0. 2μm，最后用丙酮、酒精清洗干凈。
[0036] 以氬氣作為保護(hù)氣氛，采用HGL-JKR5250多功能數(shù)控激光熔覆機(jī)進(jìn)行激光熔覆。 其中，功率P為4KW、光斑直徑D為3mm、掃描速度VS為3.Omm/s、送粉速度Vf為10. 2g/min。 采用調(diào)整配方的Co基合金粉末進(jìn)行激光熔覆。
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