激光熔覆用镍基合金粉末及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种激光熔敷用镍基合金粉末，包括如下质量百分比的组成：19～22％Cr、1‑2％Cu、2～4％Al、1～3％Ti、3～5％W、6～8％Mo、0.3～0.6％C、0.5～1.5％B、Ni为余量。上述镍基合金粉末采用中频感应炉‑惰性气体雾化法制备而得。本发明专利技术的镍基合金粉末熔覆后的熔体具有良好的润湿性、熔体快速冷却过程中产生的组织应力和热应力小，能够在无预热和后续热处理的条件下获得大面积高厚度的激光熔覆层，且熔覆层不开裂；此外Ni基体本身具有较好的耐蚀性，而Cr、Al、Ti元素能在基体表面形成一层致密的钝化膜，因此熔敷后的熔敷层不仅具有优异的高温耐磨性，还具有良好的高温耐蚀性能。

Nickel-based alloy powder for laser cladding and its preparation method

The invention discloses a nickel-based alloy powder for laser cladding, which comprises the following mass percentages: 19-22% Cr, 1 2% Cu, 2-4% Al, 1-3% Ti, 3-5% W, 6-8% Mo, 0.3-0.6% C, 0.5-1.5% B and Ni as the remainder. The nickel-based alloy powder is prepared by intermediate frequency induction furnace and inert gas atomization method. The nickel-based alloy powder cladding melt of the invention has good wettability, low microstructural stress and thermal stress during rapid cooling of the melt, can obtain large area and high thickness laser cladding layer without preheating and subsequent heat treatment, and the cladding layer does not crack; in addition, the Ni matrix itself has good corrosion resistance, while the elements of Cr, Al and Ti can form on the surface of the matrix. As a dense passivation film, the deposited layer not only has excellent high temperature wear resistance, but also has good high temperature corrosion resistance.

【技术实现步骤摘要】
激光熔覆用镍基合金粉末及其制备方法
本专利技术涉及一种合金镀覆材料，尤其是涉及一种激光熔敷用镍基合金粉末，同时涉及其制备方法。
技术介绍
在矿山、冶金、化工、能源等行业中有很多关键零件因长期处于恶劣的工作环境下，因磨损、腐蚀等原因失效，失效形式大多发生在材料表面。激光熔覆是一项新兴且具有发展潜力的技术，它是在高能量密度激光束的照射下，使基材表层与外加入的合金同时熔化，形成一层厚度约为10～1000μm表面熔化层，熔化层快速凝固之后得到一层成分、组织和性能均与基材不同的熔覆层。利用该熔覆层，可以对基材进行表面改性，以达到特殊的表面性能要求。与常用的电镀、热喷涂、堆焊等技术相比，激光熔覆因结合强度高，材料消耗少，热影响区小，涂层稀释率低，冷却速度快，组织致密，熔覆层厚度可以控制范围大和加工过程易于实现自动化，可显著改善基体表面耐磨、耐蚀、耐热及抗氧化等特性而得到广泛应用。熔敷层成形质量决定了激光熔敷技术的可靠性，影响激光熔敷层成形质量和综合性能一个重要方面是激光熔敷材料，熔敷材料直接决定了熔敷层的服役性能。激光熔敷材料的状态一般有粉末状、丝状和膏状，应用最广泛的是粉末状材料，主要分为金属粉末、陶瓷粉末以及两者复配的复合粉末，而金属粉末由于对碳钢、不锈钢、铸钢等多种基材具有良好的适应性因此研究最多。以金属粉末中的自熔性合金粉末为例，最具代表性的为镍基、钴基、铁基粉末，铁基合金粉末虽然价格较低，但是其各项性能都不如镍基和钴基粉末，钴基合金粉末耐高温、耐磨和耐腐蚀性能最好，但是在目前的市场中价格较高，容易增加生产成本，镍基粉末耐热性、耐腐蚀性能较好但是耐高温性能较差，价格较为适中。因此对镍基合金粉末的研究较为深入，但这些粉末主要针对材料的室温应用性能，不能满足高温应用性能的需求，例如中国专利申请CN201310396991.5公开了一种用于丝杠表面进行激光熔覆的方法，其中涉及到镍基陶瓷合金粉末，组成为12％～15％碳化钛、0.2％～0.5％碳、4％～7％氟化钙、3％～6％氮化硅、2％～5％硼、2％～4％钼、2％～6％铁、0.5％～1％锰、余量的镍和适当比例的氧化锢(In2O3)、稀土(CeO2)，该合金粉末仅针对丝杠表面的改性加工，无法推知可以应用到其他基材表面，而且缺少高温使用性能的说明；中国专利申请CN201710268108.2公开了一种激光熔敷用的合金涂层，由A1：4～8％，Fe：20～23％，Cr：18～23％，Co：18～22％，Ni：20～23％，Ti：6～10％组成，但是其为一种高熵合金，要求由5种及以上的组元以等摩尔比组合而成，想要获得期望性能必须严格满足高熵合金的配比要求，也没有说明其使用时的耐高温、耐磨等性能的改善。当前，市面上难以找到满足高温(300～700℃)使用条件下耐磨性、耐蚀性和热疲劳性能的铁基或镍基合金粉末。虽然某些牌号的钴基合金粉末能够满足性能需求，但钴基合金粉末价格昂贵，严重制约了激光熔敷技术的推广应用以及相关行业的发展与进步。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种满足高温(300～700℃)耐磨、耐蚀和热疲劳性能要求且成本低廉的新型镍基合金粉末。本专利技术的技术方案是提供一种激光熔覆用镍基合金粉末，包括如下质量百分比的组成：19～22％Cr、1～2％Cu、2～4％Al、1～3％Ti、3～5％W、6～8％Mo、0.3～0.6％C、0.5～1.5％B、余量为Ni及不可避免的微量杂质。所述镍基合金粉末的氧含量为150～180ppm。本专利技术还提供上述镍基合金粉末的制备方法，制备方法为中频感应熔炼-惰性气体雾化，包括如下步骤：S1.按照上述配比称取原材料；S2.原材料按易烧损的程度顺序装入中频感应熔炼炉内；S3.在真空或惰性气氛下升温熔化并精炼脱氧处理；S4.将步骤S3的合金熔液出炉并缓慢倒入中间漏包，并在惰性气体介质下雾化，得到合金粉末。所述步骤S4中合金熔液出炉温度维持在1550～1760℃。所述步骤S4中惰性气体介质的雾化压力为2～5MPa。所述步骤S4中中间漏包采取保温措施，保证了气雾化过程中合金熔液的过热度，不易堵包，同时也提高了合金粉末的球形度和收得率，其中合金粉末球形度高有利于提高合金粉末熔覆层的组织均匀度和致密性，使熔覆层不易开裂，且耐磨耐蚀性良好。本专利技术的优点和有益效果：1.本专利技术的镍基合金粉末熔覆后的熔体具有良好的润湿性、熔体快速冷却过程中产生的组织应力和热应力小，能够在无预热和后续热处理的条件下获得大面积高厚度的激光熔覆层，且熔覆层不开裂。2.本专利技术的镍基合金粉末，添加较多Cr、Al、Ti元素能在基体表面形成一层致密的钝化膜，能够耐蚀；另外，Ni基体本身具有较好的耐蚀性，因此熔敷后的熔敷层不仅具有优异的高温耐磨性，还具有良好的高温耐蚀性能。3.本专利技术的镍基合金粉末，熔覆后的熔覆层以及熔覆层与基材之间的结合界面在高低温冷热循环过程中不开裂。4.相比于同性能的钴基合金粉末，本专利技术的激光熔敷用镍基合金粉末成本低廉，能够得到广泛的应用和推广。附图说明图1是本专利技术镍基合金粉末激光熔敷于基材表面的熔覆层图。图2是本专利技术镍基合金粉末熔覆层与基材结合界面的扫描电子显微镜图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步说明。本专利技术激光熔覆用镍基合金粉末通过设计新的成分配比达到合金强化从而实现高温(300～700℃)使用条件下抑制激光熔覆层基体相的可逆转变、阻止强化相的不可逆转变的目的，从而保证激光熔覆层在高温(300～700℃)使用条件下的耐磨性，同时兼顾熔覆层的耐蚀性能，成分设计原理如下：Cr，大部分固溶入镍基体中，提高了合金的高温强度；同时会在合金表面生成一层连续、致密、附着性良好的氧化膜，提高合金的耐氧化腐蚀性。Cu，提升合金的综合耐蚀性能。Al和Ti，形成γ’-Ni(Al，Ti)相，为本合金的沉淀强化相。γ’相硬度高，且与基体γ相共格，在高温下聚集长大倾向很小。W和Mo，主要溶入基体而形成固溶体，加固基体中原子间的结合力，减少基体的高温软化，从而提高基体的高温强度。同时，它们能降低Al、Ti的高温扩散速率，从而显著增加合金中γ’相的溶解温度，提高γ’相的稳定性。B，增加激光熔覆熔池的流动性，提高激光熔覆工艺性能；与富余的Cr形成硼化铬硬质相，提高合金的耐磨性；强化晶界，提高合金的高温性能。C，主要作用是形成碳化物强化相，提高合金的耐磨性；碳化物在晶界析出阻碍晶粒长大，强化晶界。实施例1按照如下质量百分比称取原材料：21％Cr、1Cu％、3％Al、1.5％Ti、4％W、8％Mo、0.4％C、1％B4C、Ni为余量；将称好的原材料装入中频感应炉内：高熔点原材料置于坩埚底部、低熔点原材料置于坩埚上部，块状原材料横放，碳块和铝块放入补料口；熔炼室抽真空至5Pa，打开中频电源缓慢增加功率升温；待炉料开始熔化，关闭真空泵组，充入接近本地大气压的氩气；完全熔化后，降低中频电源功率使炉温降至1530～1570℃，依次从补料口加入碳块和铝块；完全熔入合金溶液后，增大中频电源功率使炉温升值1660～1720℃，将合金熔液缓慢倒入中间漏包中进行雾化，雾化介质为氮气、雾化压力为3MPa；雾化完成待粉末冷却至室温，在氩气气氛保护的超声波振动筛中进行筛分，得到不同规格段的成品激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.激光熔覆用镍基合金粉末，其特征在于，包括如下质量百分比的组成：19～22％Cr、1‑2％Cu、2～4％Al、1～3％Ti、3～6％W、6～8％Mo、0.3～0.6％C、0.5～1.5％B、余量为Ni及不可避免的微量杂质。

【技术特征摘要】
1.激光熔覆用镍基合金粉末，其特征在于，包括如下质量百分比的组成：19～22％Cr、1-2％Cu、2～4％Al、1～3％Ti、3～6％W、6～8％Mo、0.3～0.6％C、0.5～1.5％B、余量为Ni及不可避免的微量杂质。2.根据权利要求1所述的激光熔覆用镍基合金粉末，其特征在于，所述镍基合金粉末的氧含量为130～180ppm。3.权利要求1或2任一项所述的激光熔覆用镍基合金粉末的制备方法，其特征在于，采用中频感应电炉熔炼后经惰性气体雾化制得。4.根据权利要求3所述的激光熔覆用镍基合金粉末的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.按照配比称取原材料；S2.将原材料按易烧损的程度顺序装入中频感应电炉熔炼炉内；S3.在真空或惰性气氛下升温熔化并精炼脱氧处理；S4.将步骤S3的合金熔液...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈磊，王奕，夏志新，刘代刚，马建，伍林麟，
申请(专利权)人：宁波中物东方光电技术有限公司，宁波中物力拓超微材料有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33