[發(fā)明專利]硅化物顆粒增強激光熔覆高耐磨鎳基合金粉末及其制備方法

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• 申請日: 2012-12-19
• 公開（公告）號: CN102990060A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設計）人: 丁剛;丁家偉;耿德英;謝宗翰;王愛華;郭洪才;印杰;孫健;唐華平
• 申請（專利權）人: 江蘇新亞特鋼鍛造有限公司
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F9/08;C22C19/05;C22C32/00
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技術領域

本發(fā)明屬于鎳基合金技術領域，涉及一種硅化物顆粒增強激光熔覆合金粉末及其制備方法，特別是一種硅化物顆粒增強激光熔覆高耐磨鎳基合金粉末及其制備方法，該高耐磨鎳基合金粉末適用于激光熔覆高耐磨工況零部件。

背景技術

在現代的日常生活和工業(yè)生產中，金屬材料的磨損與腐蝕會出現在各個領域，是破壞機械零部件、工程構件的二大主要方式之一，腐蝕將會導致機械零件的大量消耗，而磨損則是導致機械零件失效的重要原因之一。它們在損耗大量金屬材料的同時，也浪費了大量資源，在經濟損失中占據非常大的比重。

高溫、腐蝕、摩擦和磨損引起的工程構件的失效大多發(fā)生在表面，這一現象促使材料科學工作者對材料表面的極大關注，并促使材料表面改性技術的迅猛發(fā)展。人們希望在材料整體保持足夠的韌性和強度的同時，使材料表面獲得較高的、特定的使用性能，如耐磨、耐蝕和抗氧化等。

據報道，目前，在全世界工業(yè)化國家中，在磨損上消耗的能量占總能量的二分之一，約有60％～80％的機械零部件由于磨損而失效。在一個高度發(fā)達的工業(yè)化國家，每年因磨損所造成的經濟損失幾乎占國民經濟總產值的1％～2％。例如，美國平均每年由于磨損造成的經濟損失高達200億美元；英國平均每年由磨損造成的經濟損失超過51500萬英鎊。在我國，由磨損造成的經濟損失同樣也相當嚴重。僅據石油、化工、煤炭、電力、農機等部門粗略統(tǒng)計，我國每年就有高達數百萬噸的鋼材消耗在磨損上，經濟損失達到200～300億元之多。所以說，金屬材料的磨損影響著機械零件的性能質量和使用壽命，進而影響著這些機械零件在市場上的競爭能力。

同時，金屬腐蝕問題也遍及國民經濟各個領域，從尖端科學技術的應用到工農業(yè)生產，從日常生活中的應用到國防工業(yè)的制造，凡是使用金屬材料的地方，都不同程度上存在著腐蝕問題。據有關專家統(tǒng)計，全球每一分半鐘就有一噸鋼材被腐蝕成鐵銹。例如，1975年，美國每年由腐蝕造成的經濟損失高達820億美元，占國民經濟總產值的4.9％；1995年，美國由于腐蝕造成的經濟損失直線上升到3000億美元。統(tǒng)計表明，在一個工業(yè)發(fā)達的國家，因腐蝕造成的經濟損失約占國民經濟總產值的2％～4％，超過水災、火災、地震、和咫風等所有自然災害造成的損失的總和。雖然我國僅為一個發(fā)展中國家，但由于腐蝕帶來的損失也相當可觀，每年大約5000億元人民幣，約占我國國民經濟生產總值的6％左右。僅在石油與天然氣領域每年由腐蝕造成的經濟損失就約100億元，煤炭工業(yè)每年由腐蝕造成的資金浪費約為55.6億元，而電力系統(tǒng)每年的腐蝕損失則近17億元。

因此，從有限的資源與能源出發(fā)，現代的工業(yè)生產要求機械零部件具有足夠的耐磨耐蝕性能，可以在高溫、高負荷等極其惡劣的環(huán)境下長時間工作，因此解決金屬的磨損與腐蝕問題已迫在眉睫。

激光熔覆陶瓷技術可以將金屬高的強韌性、良好的工藝性與陶瓷材料優(yōu)異的耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化特性有機結合起來，為最有價值和競爭力的表面強化技術，也是激光熔覆技術發(fā)展的熱點之一。

激光熔覆是一項新興、迅猛發(fā)展的技術，它是在高能量密度激光束照射下，基體表面一薄層與根據需要加入的合金同時熔化，形成厚度為10～1000μm表面熔化層，快速凝固以滿足某一特殊性能要求的工藝方法，是集激光加熱熔化、熔池中物質交互作用及快速凝固成型等多學科交叉的一門新技術，此技術在表面處理方面得到較細致的研究。

由于局部表面受熱密度大，光斑直徑小，受熱時間短，故工件表面上熔化區(qū)很小，傳到工件內部熱量少，熔化區(qū)內存在很大的溫度梯度，冷卻速度可達10⁴～10⁹℃/_s。正是由于快速凝固，賦予合金不同于正常凝固的特點。作為表面改性手段之一的激光熔覆，適于各類金屬的表層改性和修復。激光表面熔覆能保持原涂層合金成份(稀釋率5～8％)，僅在重熔區(qū)與基體的交界處存在很有限的相互擴散區(qū)，而此擴散區(qū)正是實現涂覆層與基體的冶金結合所必須的。它能把高性能的合金粉末涂覆在普通材料(工件)上，從而獲得優(yōu)異特性的表面涂層(如耐熱、耐蝕、耐磨、抗沖擊等優(yōu)良涂層)。

與傳統(tǒng)的表面改性(熱噴涂、等離子噴涂等)技術相比，它主要有以下優(yōu)點：界面為冶金結合；組織極細；熔覆層成分均勻及稀釋度低；覆層厚度可控；熱畸變小；易實現選區(qū)熔覆和工藝過程易實現自動化。在表面改性技術中，激光熔覆已成為比較活躍的研究領域。