[發明專利]一種專用于激光修復不銹鋼表面微小裂紋的微納米復合粉末

有效

• 申請號: 201611052058.6
• 申請日: 2016-11-24
• 公開（公告）號: CN106636892B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 蔣瑋;蔣險峰;李銀銀
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/44;B22F1/00;C23C24/10
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 侯明遠,趙連明

技術領域

本發明屬于激光修復技術領域，特別是指一種專用于激光修復不銹鋼表面微小裂紋的微納米復合粉末。

背景技術

由于不銹鋼高強度和優異力學性能的特點，其被廣泛的用于生產各種設備和部件。然而，在制造或工件服役的過程中，微裂紋將不可避免地產生，而且微裂紋是結構部件失效的主要原因之一。裂紋的萌生和擴展降低了工件的使用壽命，甚至可能帶來不可預知的災難性風險。如果將失效的工件直接廢棄，這將造成巨大的經濟損失和資源浪費，相比之下，修復是最經濟和環保的方式。

通常，鐵基、鎳基和鈷基粉末主要用于激光修復鋼或類似其他的材料。但是傳統的復合粉末在修復的過程中也有出現一些缺陷，比如修復層中出現孔隙和裂縫等等。甚至修復層和基體的結合面融合性差導致出現縫隙，為裂紋的擴展提供了一個方便的路徑。目前，沒有專用于激光修復的金屬粉末使修復層表現出令人滿意的致密化程度，也沒有專用于激光修復的金屬粉末來提高斷裂性能，尤其是對不銹鋼零件。

因此，我們有必要提供一種復合粉末用于激光修復不銹鋼的表面上的微裂紋，以實現修復層與基體結合緊密，提高修復層中致密化程度，達到高強度、強韌性，改善其斷裂性能。

發明內容

為了克服上述激光修復過程中的缺陷，本發明的目的是提供一種微納米復合粉末，用于激光修復不銹鋼表面微裂紋，得到無裂紋的修復層，修復層具有優越的強度和斷裂性能；本發明的另一個目的是獲得冶金結合的界面和含有細小晶粒的修復層。

為了達到上述目的，本發明的技術方案為：

一種專用于激光修復不銹鋼表面微小裂紋的微納米復合粉末，所述的復合粉末包括重量百分比為3％-7％的納米WC，0.5％-2％的納米Al₂O₃，余量為微米級的不銹鋼粉末；所述的不銹鋼粉末包含重量百分比為0.08％的C，0.5％的Si，1.46％的Mn，0.03％的P，0.005％的S，19％的Cr，9.5％的Ni，0.5％的Mo，余量為Fe。

所述納米WC粉末和納米Al₂O₃粉末為近乎完美的球形粒子，Al₂O₃粉末、納米WC粉末和不銹鋼粉末通過機械球磨充分混合，然后利用無水乙醇調和后進一步混合均勻。所述的WC納米粉末，粉末顆粒的粒徑為50-80nm，純度為99.99％；所述的不銹鋼粉末顆粒的粒徑為30-50μm，純度為99.9％，不銹鋼粉末具有與基體融合性好，性能優于基體的特性；所述的納米Al₂O₃粉末顆粒的粒徑為30-50nm，純度為99.99％。

納米WC粉末在激光修復的過程中，由于激光束的高能量會熔解一部分。未熔解的納米WC作為強化顆粒存在于修復層中，起著填充和橋聯的作用，同時阻礙其中晶粒的長大，最終形成均勻細小的晶粒，提高了組織的致密化程度。分解的納米WC顆粒，與其它元素結合，不僅凈化了晶界，還會形成各種碳化物，起到固溶強化的作用。

激光修復試件后，形狀近似球形的納米Al₂O₃粒子彌散分布在微細晶粒之間，均勻地分布在修復層中，起到了彌散強化的作用。同時細小的納米Al₂O₃顆粒的添加也提高了成核濃度，加快了激光修復層中晶粒細化和組織致密化的進程。細小晶粒使單位體積內有更多的晶界總面積，有助于提高材料的力學性能。另外納米Al₂O₃顆粒能抑制修復層中裂紋的形成。

不銹鋼粉末成分與基體材料成分相似，增加修復層與基體的親和性，提高修復層與基體冶金結合的強度，使該復合粉末在不銹鋼表面微小裂紋處充分均勻融合。

本發明相比現有技術具有如下優點：

本發明提出的上述成分的復合粉末，特別適用于有高強韌性要求的不銹鋼零件表面微小裂紋的激光修復。利用此復合粉末進行激光修復時，在無需預熱和后續熱處理的條件下即可獲得無裂紋的激光修復涂層，修復了零件中的微小裂紋。激光修復后，復合粉末可與基材充分融合，修復層和基體的界面發生冶金結合，無裂紋、無夾雜；同時修復層中獲得了均勻細小的晶粒組織，各成分均勻分布，提高了修復層的致密性。另外，經過激光修復后，材料的斷裂性能得到提高。

附圖說明

圖1為激光修復不銹鋼試件裂紋尖端處Y方向應變值e_yy分布云圖；