[發明專利]高速旋轉機械軸的激光熔覆修復合金粉末及修復方法

有效

• 申請號: 201310313958.1
• 申請日: 2013-07-24
• 公開（公告）號: CN103352221A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 馮小清;田為軍;郭曙祥;王康晶;崔發生
• 申請（專利權）人: 中國華電工程（集團）有限公司;北京華電中光新能源技術有限公司;武漢高斯激光技術有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C38/40;B23K26/34
• 代理公司: 北京聯創佳為專利事務所(普通合伙) 11362
• 代理人: 郭防

技術領域

本發明涉及一種高速旋轉機械軸的激光熔覆修復合金粉末及修復方法，屬于激光加工領域。

背景技術

在電力行業，電機轉子、汽輪機轉子、透平機轉子軸等大多是承受重載荷、高速運轉的部件，且價格昂貴，當這些部件的軸頸位磨損之后，用什么方法維修才能保證這些部件的完好性能是科技人員長期研究的問題。

常用的方法有以下幾類：

一、堆焊技術，這種方法的結合強度高，不易脫落；但有一個很大的缺點：這類零件多為中碳合金鋼經熱處理調質后機加工制成，可焊性差；當采用傳統堆焊技術，需預熱，熱輸入量大，熱影響區域大，工件的機械性能會下降，同時變形較大、變形易超差，這對于連續高速運轉的轉軸的修復來說是一個不易克服的難關。

二、熱噴涂技術，這種技術的優點是熱影響相對堆焊較小，變形小；但噴涂層與基體屬物理結合，基結合力只相當母材5%～30%，一般也就100～200MPa，厚度限于0.4mm以內，結合力不強，容易剝落。

三、刷鍍技術，這種技術基本沒變形；但結合力弱，結合強度一般不超過100MPa，僅適用薄層、低載慢速的零件修復，更易剝落。

四、熱噴焊，這種技術結合強度較高，可達近300MPa；但要在?300～400℃預熱，熱輸量大，易變形。

五、激光熔覆，近幾年，隨著激光表面工程技術的研究和推廣應用，承載重載荷的高速運轉軸的維修問題得到了很好的解決。激光熔覆是利用激光束產生的快速熔凝過程，將所需性能的金屬粉末與基材相互融合成同等于基體抗磨，耐腐等性能或優于基材抗磨，耐腐等性能的合金覆蓋層。由于激光束的能量足夠高，作用時間足夠短，基體融化層只有0.05-0.1mm深，熔覆層與基體結合強度接近基體強度90%以上。如某粉末與45#鋼調質件σb可達600～700MPa,是熱噴焊3倍以上，其熔覆層厚可大于10mm，這一技術與傳統技術比，有如下優點：

熔覆層與基材冶金結合，結合強度高，強韌性好；

對基材熱輸入小，熱影響小，基材機械性能無變化；

變形小，對上所述的大型機械轉軸類部件可以不計；

可以通過對粉末合金元素調配和熔覆工藝優化獲得所需合金熔層的性能（如耐磨、耐腐性、耐高溫氧化性等）。

可以說，激光熔覆技術結合了傳統堆焊技術的結合強度高和熱噴涂技術的變形小、不破壞工件的調質性能的優點，非常適合于電廠的電機轉子、汽輪機轉子、透平機轉子軸等高速旋轉部件軸頸位磨損維修。現有技術中也有許多采用激光熔覆技術進行轉子軸修復的研究成果，比如申請號為201210351284.X的專利申請所公開的“十字軸的激光熔覆修復工藝”；申請號為200410021471.7的專利申請所公開的“一種激光修復的發電機、汽輪機轉子軸及其修復方法”；申請號為201110004856.2的專利申請所公開的“離心風機軸承座磨損后的激光修復方法”；但是上述方案均存在以下缺點：進行激光熔覆所使用的合金粉末可焊性弱，耐磨性差，用其僅僅可以將機械軸磨損部位的尺寸還原，但是卻并不能提高修復后的軸頸位的耐磨程度；另外，進行激光熔覆時，熔覆質量一般，熔透程度、結合力不夠，熔覆質量不穩定，熔覆效率也較低。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種高速旋轉機械軸的激光熔覆修復合金粉末及修復方法，它可以有效解決現有技術中存在的問題，提供一種可焊性強、耐磨性好的合金粉末，用其進行激光熔覆，不僅可以將高速旋轉機械軸磨損部位的尺寸還原，還可以使得修復之后的軸頸位的耐磨程度超過基體、使用壽命超過新生產的旋轉軸；本發明的目的還在于提供一種熔覆質量較好、熔覆效率較高的激光熔覆修復方法。

本發明的技術方案是這樣構成的：一種高速旋轉機械軸的激光熔覆修復合金粉末，按重量百分比計算，由以下原料粉末制備而成：C（碳）0.13%，Cr（鉻）13%～17%，Si（硅）1.3%，Ni（鎳）4%～6%，P（磷）0<x<0.03%，余量為Fe（鐵）；其中，x為P（磷）的重量百分比。

優選的，按重量百分比計算，由以下原料粉末制備而成：C?0.13%，Cr?15%，Si?1.3%，Ni?5%，P?0.025%，Fe?78.545%。

前述的高速旋轉機械軸的激光熔覆修復合金粉末采用氣霧化法進行制備，與水霧化法生產出來的粉末相比，氣霧化法生產出來的粉末的表面呈球形，從而可以使粉末的流動性更好，可以更好的提高熔覆質量。

一種高速旋轉機械軸的激光熔覆修復方法，利用前述的高速旋轉機械軸的激光熔覆修復合金粉末，對高速旋轉機械軸的軸頸位進行激光熔覆處理。