[發明專利]修復受損鼓風機葉片的激光熔覆鎳基合金粉末及修復方法

有效

• 申請號: 201510933271.7
• 申請日: 2015-12-14
• 公開（公告）號: CN105506616B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 付福興;徐可為;戴君;暢庚榕;劉明霞;何斌峰
• 申請（專利權）人: 西安文理學院
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C30/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明涉及機械設備表面再制造技術領域，更具體的涉及一種運用激光熔覆技術提升葉輪葉片表面抗沖刷腐蝕性能的鎳基合金熔覆粉末的設計，屬于表面工程與再制造技術領域。

背景技術

在石油和冶金領域中，大型鼓風機是必備的動力設備之一。風機在服役期間，其主軸、葉輪、葉片等核心零部件易受到Al₂O₃、SiO₂等固體顆粒的沖刷及H₂S、SO₂、CO₂、CO等化學物質的腐蝕，使得零部件表面極易發生磨損，最終導致失效。目前，解決此問題的途徑有兩種，其一是在制造新產品時采用2Cr13、0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼等材料制備葉輪及葉片，并利用離子滲氮技術進行表面強化處理，但效果有限，不能有效地抵抗工作環境下高強度的沖刷腐蝕；另一種途徑是利用激光熔覆技術對已破損的機械零部件進行表面修復，同時通過在熔覆粉末中摻雜Ni、Co、W、Mo等金屬元素以提高產品表面的抗腐蝕性能，該方法能顯著提高產品的使用壽命，同時可以減少材料損耗、降低成本，也符合國家倡導的節能環保、綠色制造的發展理念。

針對葉輪常用材料馬氏體不銹鋼Fv520B，激光熔覆時要求熔覆粉末具有較高的硬度，目前可適用的熔覆粉末主要有Fe基合金、Co基合金和Ni基合金。其中，Fe基合金粉末與基體成分相近，可以顯著提高熔覆層與基體的界面結合力，但Fe基合金粉末的抗腐蝕性能較差，難以滿足復雜工況的要求；Co基合金粉末相對于鐵基合金粉末來說，可以有效的提高葉輪表面的抗腐蝕性能，但熔覆層的硬度明顯降低，且熔覆層表面的平整度不高；Ni基合金粉末相對于Fe基和Co基兩種合金粉末來說，雖然成本最高，但抗腐蝕性能最好，且熔覆層的硬度最高。因此，為了提高葉輪抗沖刷腐蝕性能，采用Ni基粉末最為適宜，但Ni基粉末極易導致熔覆層產生裂紋，若能通過調整合金粉末的成分和比例以及熔覆工藝，可有望抑制熔覆層裂紋的產生。基于此，如何設計并開發適用于葉輪抗沖刷腐蝕的激光熔覆鎳基合金粉末具有重大的研究意義和使用價值。

發明內容

本發明的目的是針對Fv520B不銹鋼葉輪葉片提供一種抗沖刷腐蝕的激光熔覆鎳基合金粉末配方。該配方以Ni元素為主，并利用Fe、Cr、Mo、W、Co等元素改善基材和熔覆層材料的相容性，使熔覆層具有較強的硬度和強度，并有效的提高熔覆層表面的耐腐蝕性能，為軸流風機葉輪的激光熔覆修復提供一種可行的熔覆粉末。

為達到上述目的，根據本發明的實施例提供的一種用于修復受損鼓風機葉片的激光熔覆鎳基合金粉末，其特征在于，包括下述質量百分比的原料：

Cr 12.0～18.0％；Ni 40～47％；W 1.0～3.0％；Mo 2.0～4.0％；Fe 30.0～40.0％；Co 2.0～4.0％。

相應地，本發明給出了一種利用激光熔覆鎳基合金粉末修復受損鼓風機葉片的方法，該方法包括下述步驟：

1)對Fv520B型不銹鋼受損鼓風機葉片進行熔覆前常規預處理：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；

2)配比激光熔覆鎳基合金粉末：將Cr、Ni、W、Mo、Fe、Co按照質量比進行混合；

3)采用數控激光熔覆機，以氬氣為保護氣，采用CO₂激光器為發射激光源，以及錐形粉束同軸送粉方式，將步驟2)配制的混合粉體對受損鼓風機葉片進行多道搭接激光熔覆，搭接系數為0.6，熔覆層厚度為1.0mm。

進一步，所述步驟2)中，激光熔覆鎳基合金粉末按照下述質量百分比原料配制：

Cr 12.0～18.0％；Ni 40～47％；W 1.0～3.0％；Mo 2.0～4.0％；Fe 30.0～40.0％；Co 2.0～4.0％。

進一步，所述激光熔覆的功率為2.5～3.5KW、光斑直徑為3.0～4.0mm、掃描速度為3.0～5.0mm/s、送粉速度為8.0～11.0g/min。