[發(fā)明專利]一種離心壓縮機(jī)表面強(qiáng)化用高速激光熔覆合金粉末及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910556490.6
• 申請日: 2019-06-25
• 公開（公告）號: CN110158083B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 暢庚榕;劉明霞;謝燕翔;郭巖;付福興;徐可為
• 申請（專利權(quán)）人: 西安文理學(xué)院
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C29/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發(fā)明公開了一種離心壓縮機(jī)表面強(qiáng)化用高速激光熔覆合金粉末及方法，開發(fā)了一種適用于提高基體抗沖蝕和抗氣蝕性能的激光熔覆用合金粉末及相應(yīng)的高速激光熔覆工藝。包括質(zhì)量百分比的原料：Co、鎳包WC、Cr、Ti等成分。該方法中，采用Co、Cr、Ti元素提高熔覆層與基體的潤濕性，提高與基體的冶金結(jié)合強(qiáng)度，降低在沖蝕和氣蝕過程中的開裂敏感性，提升熔覆層的抗氧化性能；通過調(diào)整合金粉末粒度、比例及激光參數(shù)，合理控制溫度場，使稀釋率降低，降低界面處的熱應(yīng)力；相較于基體，抗沖蝕性能提高3～4倍，抗氣蝕性能提高2～3倍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種離心壓縮機(jī)葉片、葉輪及主軸表面強(qiáng)化用高速激光熔覆工藝及合金粉末，屬于表面工程應(yīng)用技術(shù)工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)

葉片、葉輪及主軸是離心壓縮機(jī)的關(guān)鍵部件，用于裝配葉輪、平衡盤、推力盤等，是轉(zhuǎn)子的中心部位。在服役期間處于高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，服役環(huán)境極端惡劣，往往會造成表面沖蝕和氣蝕，是葉片、葉輪及主軸發(fā)生失效的主要形式。提高其表面的抗沖蝕和抗氣蝕性能是表面工程領(lǐng)域一項非常重要的創(chuàng)造性工作，也是節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、滿足當(dāng)前社會可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求所在。

冶金和石化等領(lǐng)域中離心壓縮機(jī)主要零部件均承受Al₂O₃、SiO₂等固體顆粒的沖刷和強(qiáng)腐蝕環(huán)境(CO₂，H₂S，SO₂，Cl^-，水汽、鹽霧等)的聯(lián)合作用，腐蝕和磨損條件十分苛刻。目前為了滿足此種工況條件，采用了高溫離子氮化、熱噴涂、激光熔覆等傳統(tǒng)表面處理技術(shù)進(jìn)行防護(hù)，性能有所提升，但仍不能滿足惡劣服役環(huán)境對性能要求，尤其是抗氣蝕性能。

以離心壓縮機(jī)主軸為例，0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼基材上多采用常規(guī)激光熔覆或者熱噴涂方法進(jìn)行表面強(qiáng)化，并采用Co基和Ni基合金作為激光熔覆層材料。在表面強(qiáng)化技術(shù)上，相較于熱噴涂技術(shù)，激光熔覆具有明顯優(yōu)于熱噴涂的冶金結(jié)合強(qiáng)度，但是形成表面粗糙，且熱應(yīng)力過大導(dǎo)致涂層存在細(xì)小裂紋。在使用過程中，往往會引起應(yīng)力腐蝕，不能達(dá)到理想的性能。而高速激光熔覆方法則結(jié)合了激光熔覆和熱噴涂的優(yōu)點，克服了自身的不足，使涂層的性能進(jìn)一步接近理論值。

基于此，設(shè)計并開發(fā)出適用于提升離心壓縮機(jī)葉片、葉輪及主軸的抗沖蝕和抗氣蝕性能的高速激光熔覆工藝和鈷基合金粉末具有重大的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對離心壓縮機(jī)葉片、葉輪及主軸在極端沖刷腐蝕工況介質(zhì)服役條件下，提供一種高速激光熔覆表面強(qiáng)化用合金粉末及方法。該方法利用CoCrTi(WC)合金粉末改變了葉片、葉輪及主軸材料表面的微結(jié)構(gòu)，使熔覆層具有良好的抗沖蝕和抗氣蝕性能。在保證熔覆層具有合適的強(qiáng)度和硬度的同時，有效提高了合金層的抗沖蝕和抗氣蝕性能，為離心壓縮機(jī)的葉片、葉輪及主軸高速激光表面強(qiáng)化提供了一種優(yōu)異的表面強(qiáng)化技術(shù)和熔覆粉末。

為達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的實施例提供的一種離心壓縮機(jī)表面強(qiáng)化用高速激光熔覆合金粉末，包括下述質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料：

Co12.0～15％；鎳包WC合金粉末74.0～80.0％；Cr4～6％；Ti4～5％。

本發(fā)明進(jìn)而提供了一種離心壓縮機(jī)表面強(qiáng)化用高速激光熔覆合金粉末的激光熔覆方法，包括下述步驟：

1)基體熔覆前預(yù)處理：選取0Cr17Ni4Cu4Nb型不銹鋼為基體，進(jìn)行除銹、超聲去油，并砂紙打磨至0Cr17Ni4Cu4Nb型不銹鋼表面粗糙度為Ra＝0.2μm，最后用丙酮、酒精清洗干凈；

2)配比合金粉末：按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)將12～15％Co、74～80％鎳包WC合金粉末、4～6％Cr和4～5％Ti，進(jìn)行混合；

3)采用同軸送粉方式，采用光纖激光器為發(fā)射激光源進(jìn)行高速激光表面熔覆；控制高速激光熔覆的功率、光斑直徑和掃描線速度，達(dá)到熔道搭接率為70％；