本发明专利技术公开了一种用于修复重度受损膨胀机叶片的激光熔覆钴基合金粉末及修复方法，包括质量百分比的原料：Co 20.0～50％；W 1.0～3.0％；Mo 2.0～5.0％；Cr 20.0～26.0％；Fe 19.0～45.0％；Ni 0～9％，余量为Si。修复方法包括，对受损膨胀机叶片进行熔覆前预处理，通过激光三维扫描进行逆向建模，确定叶片修复部位及尺寸，然后用激光熔覆钴基合金粉末对受损膨胀机叶片进行多道搭接激光熔覆修复。本发明专利技术采用奥氏体为主相，Co和Ni两种元素稳定主相，添加W和Mo同时降低Si和B元素含量，提高韧性和耐腐蚀性，减少熔覆层多道搭接时开裂现象。合金粉成分降低成本和提高熔覆工艺稳定性，保证了能量回收透平膨胀机叶片的激光修复质量和有效寿命。
【技术实现步骤摘要】
修复受损膨胀机叶片的激光熔覆钴基合金粉末及修复方法
本专利技术属于再制造
，特别涉及一种能量回收透平膨胀机叶片受损后表面修复用激光熔覆钴基合金粉末，属于表面工程应用和再制造技术工程领域。
技术介绍
机械零件在服役期间会受到不同工况条件下的表面磨损与腐蚀，对表面受损零部件进行再制造修复进而重新投入使用是再制造领域一项非常重要的创造性工作，也是节约资源、保护环境、满足当前社会可持续发展的战略需求所在。冶金和石化等领域中大型装备用能量回收透平（TRT）系列膨胀机的叶片、主轴等核心部件均承受Al2O3、SiO2等固体颗粒的冲刷和强腐蚀环境（CO2，H2S，SO2，Cl-，水汽、盐雾等）的联合作用，腐蚀和磨损条件十分苛刻。尽管目前为了满足耐腐蚀、耐热、抗冲刷的工况条件，采用了2Cr13、0Cr17Ni4Cu4Nb等不锈钢材料制备工作叶片，并采用了高温离子氮化等表面处理技术进行防护，但是仍然不能满足抗冲刷、耐腐蚀服等役环境的苛刻要求，使得此类关键零部件在服役中极易发生磨损，并诱发裂纹进而发生疲劳破坏，引起零部件失效。风机行业中每年因腐蚀、磨损等导致的零部件更换不仅造成原材料的极大浪费，同时因机组停机也为风机用户带来了巨大的经济损失。目前在0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢基材上为兼顾耐蚀性常采用Co基和Ni基合金作为激光熔覆层材料。Ni基合金有较高的硬度和耐腐蚀性，但激光快凝产生的高应力易使涂层在搭接熔覆时形成横向穿透裂纹；而单一的Co基合金涂层在高应力磨损时的耐磨性及抗热震性等还有待于提高，尤其是大面积的激光多道搭接熔覆，由于搭接区受到激光二次重熔以及后道对前道的回火作用，使得多道熔覆层搭接区的组织明显劣化，同种涂层材料下的多道熔覆层硬度明显低于单道涂层。倘若能通过调控合金粉成分和比例来调整激光熔覆层物相，并随激光熔覆过程中温度变化保持物相不变，可有望改变裂纹以及组织裂化问题。基于此，如何设计并开发适用于能量回收透平膨胀机叶片的耐腐蚀激光熔覆用钴基合金粉末具有重大的意义。
技术实现思路
本专利技术针对能量回收透平膨胀机叶片冲刷腐蚀工况介质提供一种不锈钢叶片表面激光熔覆用钴基合金粉末的配方。该方法利用Co、W、Mo、Ni等元素改善了材料的相容性，使熔覆层合金具有良好的耐腐蚀性能，在保证熔覆层具有适当强度和硬度的同时，有效提高了合金层的耐腐蚀性能，为能量回收透平膨胀机叶片的激光修复提供了一种适用的熔覆粉末。为达到上述目的，根据本专利技术的实施例提供的一种用于修复受损膨胀机叶片的激光熔覆钴基合金粉末，包括下述质量百分比的原料：Co20.0～50%；W1.0～3.0%；Mo2.0～5.0%；Cr20.0～26.0%；Fe19.0～45.0%；Ni0～9%，余量为Si。相应地，本专利技术给出了一种利用激光熔覆钴基合金粉末修复受损膨胀机叶片的方法，包括下述步骤：1）对0Cr17Ni4Cu4Nb型不锈钢受损膨胀机叶片进行熔覆前常规预处理：去油、去锈并砂纸打磨至表面粗糙度为Ra=0.2μm，最后用丙酮、酒精清洗干净；2）配比激光熔覆钴基合金粉末：将20.0～50%Co、1.0～3.0%W、2.0～5.0%Mo、20.0～26.0%Cr、19.0～45.0%Fe、0～9%Ni，余量为Si按照质量比进行混合；3）最后通过激光三维扫描进行逆向建模，确定叶片修复部位及其尺寸，然后进行激光修复；4）采用数控激光熔覆机，以氩气为保护气，采用CO2激光器为发射激光源，以及锥形粉束同轴送粉方式，将步骤2）配制的混合粉体对受损膨胀机叶片进行多道搭接激光熔覆，搭接系数为0.6，熔覆层厚度为0.8mm。进一步，所述激光熔覆的功率为3～5KW、光斑直径为2.5～4mm、扫描速度为2.0～4.0mm/s、送粉速度为7.1～10.2g/min。进一步，采用激光熔覆的方式将其用钴基合金粉末进行多道搭接熔覆，熔覆层以奥氏体为主相，其硬度为283～325HV，电化学试验腐蚀电位和腐蚀电流分别为-0.269～-0.0367V和2.63×10-7～6.16×10-8A/cm3，浸泡100h后腐蚀失重量为0.13mg～0.2mg/cm2。本专利技术的有益效果如下：本专利技术基于基体材料添加适量的合金元素形成耐腐蚀激光熔覆用Co基合金粉末，提高熔覆层耐腐蚀能力并解决大面积多道搭接易开裂问题。该方法以Co和Ni两种元素稳定主相，添加适量的Cr、Ni元素可以细化组织晶粒，使熔覆层具有较高的耐蚀性，同时提高合金层淬透性，提高强度和韧性；添加少量的W和Mo同时降低Si和B元素含量，可调控合金熔覆层以奥氏体为主相组成，并稳定主相；提高韧性和耐腐蚀性，减少熔覆层多道搭接时开裂现象。添加适量Co、W元素的目的在于提高熔覆合金的润湿性，在大尺寸多道搭接修复时降低熔覆层开裂敏感性，同时改善熔覆层的耐磨性。其次，合金粉成分尽可能简单化设计，降低成本和提高熔覆工艺稳定性，保证了能量回收透平膨胀机叶片的激光修复质量和有效寿命。实验表明，此Co基激光熔覆合金粉末形成的熔覆层形貌平整无裂纹，可显著提升了0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢耐腐蚀性，满足能量回收透平膨胀机叶片（0Cr17Ni4Cu4Nb）严重受损后再制造修复所需要求。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。本专利技术利用激光熔覆钴基合金粉末修复受损膨胀机叶片的方法，包括下述步骤：1）选取0Cr17Ni4Cu4Nb型不锈钢为基体，试样尺寸为50mm×30mm×10mm，并进行熔覆前常规预处理：去油、去锈并砂纸打磨至表面粗糙度为Ra=0.2μm，最后用丙酮、酒精清洗干净；2）配比激光熔覆用不同成分的Co基合金粉末：Co、W、Mo、Cr、Fe、Ni其中，Co基合金粉末化学成分及其质量百分比范围为：20.0～50%Co、1.0～3.0%W、2.0～5.0%Mo、20.0～26.0%Cr、19.0～45.0%Fe、0～9%Ni，余量为Si；3）最后通过激光三维扫描进行逆向建模，确定叶片修复部位及其尺寸，然后进行激光修复；4）采用HGL-JKR5250多功能数控激光熔覆机，以氩气为保护气，CO2激光器为发射激光源，锥形粉束同轴送粉方式进行多道搭接激光熔覆，搭接系数为0.6，熔覆层厚度约为0.8mm；激光熔覆的激光功率为3～5KW、光斑直径为2.5～4mm、扫描速度为2.0～4.0mm/s、送粉速度为7.1～10.2g/min。4）熔覆后进行微观结构和性能检测。将熔覆后的试样沿垂直于扫描方向线切割,熔覆层表面及横断面均用渗透法检测裂纹，微观结构表征采用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱(EDAX)；耐腐蚀性和力学性能基于冲刷腐蚀实验、电化学腐蚀试验和显微硬度进行评价，其中浸泡腐蚀实验条件见表一。表一浸泡腐蚀实验中腐蚀条件条件液体介质实验温度浸泡时间110%HCl+10%HNO3+6%FeCl390℃100h表二电化学腐蚀实验腐蚀条件试验设备型号介质温度PH值电化学腐蚀PCI4/750电化学综合测试系统3.5%NaCl90±2℃3.5±0.2添加W和Mo同时降低Si和B元素含量，减少熔覆层多道搭接时开裂敏感性，适合用于严重冲刷腐蚀后的0Cr17Ni4Cu4Nb型不锈钢叶片再制造修复。下面通过具体实本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于修复受损膨胀机叶片的激光熔覆钴基合金粉末，其特征在于，包括下述质量百分比的原料：Co 20.0～50％；W 1.0～3.0％；Mo 2.0～5.0％；Cr 20.0～26.0％；Fe 19.0～45.0％；Ni 0～9％，余量为Si。
【技术特征摘要】
1.一种利用激光熔覆钴基合金粉末修复受损膨胀机叶片的方法，其特征在于，包括下述步骤：1）对0Cr17Ni4Cu4Nb型不锈钢受损膨胀机叶片进行熔覆前常规预处理：去油、去锈并砂纸打磨至表面粗糙度为Ra=0.2μm，最后用丙酮、酒精清洗干净；2）配比激光熔覆钴基合金粉末：将20.0～50%Co、1.0～3.0%W、2.0～5.0%Mo、20.0～26.0%Cr、19.0～45.0%Fe、9%Ni，余量为Si按照质量比进行混合；3）最后通过激光三维扫描进行逆向建模，确定叶片修复部位及其尺寸，然后进行激光修复；4）采用数控激光熔覆机，以氩气为保护气，采用CO2激光器为发射激光源，以及锥形粉束同轴送粉方...
【专利技术属性】
技术研发人员：畅庚榕，徐可为，戴君，张海存，刘明霞，撒兴军，
申请(专利权)人：西安文理学院，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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