[發(fā)明專利]利用超聲場(chǎng)和激光表面重熔提高合金高溫抗氧化性的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210126948.6
• 申請(qǐng)日: 2022-02-11
• 公開（公告）號(hào): CN114525462B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何林;董安平;杜大帆;隋大山;孫寶德;董振標(biāo);李建平;劉朝明;桂大興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué);上海鑫藍(lán)海自動(dòng)化科技有限公司
• 主分類號(hào): C22F3/00
• 分類號(hào): C22F3/00;C21D10/00;C23C24/10
• 代理公司: 上海恒慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀;禹雪平

本發(fā)明提供一種利用超聲場(chǎng)和激光表面重熔提高合金高溫抗氧化性的方法，包括：提供高溫合金試樣，將高溫合金試樣與超聲波發(fā)生器連接，使得超聲波能加載在高溫合金試樣上；使用大功率、大光斑直徑的激光，第一次重熔高溫合金試樣的表面；采用低功率、小光斑直徑的激光，第二次重熔高溫合金試樣的表面；對(duì)第二次重熔后的表面進(jìn)行缺陷處理。本發(fā)明將大光斑激光、小光斑激光和超聲波結(jié)合，在表面形成多層次的小晶粒，合金從表面到基體形成超細(xì)晶、細(xì)晶和基體粗晶結(jié)構(gòu)，相較于現(xiàn)有技術(shù)，合金表面晶粒呈多層次的梯度分布，晶粒更加細(xì)小、缺陷較少，具有更優(yōu)異的抗氧化性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高溫合金技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種利用超聲場(chǎng)和激光表面重熔提高合金高溫抗氧化性的方法。

背景技術(shù)

高溫合金在服役過(guò)程中會(huì)受到氧化作用，這會(huì)大大降低合金零部件服役壽命。細(xì)化高溫合金晶粒尺寸、增加晶界密度，有利于Cr原子外擴(kuò)散形成致密的保護(hù)性氧化膜，從而提高合金的抗氧化性能。

現(xiàn)有采用激光細(xì)化合金表面晶粒的方法主要有表面熔覆和激光表面重熔。激光表面熔覆是采用激光將一層異種粉末熔覆在合金表面，形成具有特定功能的梯度材料。這會(huì)導(dǎo)致熔覆層元素向基體擴(kuò)散，且其目的是利用熔覆層的異種材料實(shí)現(xiàn)抗氧化的目的。

常規(guī)的激光表面重熔采用單一直徑的激光熔化合金表面，其光斑直徑通常為數(shù)毫米，熔池深度可達(dá)數(shù)百微米，接近1毫米，在合金表面形成細(xì)小柱狀晶粒，而基體保持為粗大晶粒；在高溫氧化過(guò)程中，由于基體晶粒粗大，Cr通過(guò)晶界的外擴(kuò)散緩慢，導(dǎo)致基體中Cr原子難以及時(shí)擴(kuò)散到合金表面，從而在氧化層和基體中間形成貧Cr區(qū)；同時(shí)，激光重熔過(guò)程中由于氣體的卷入、匙孔的產(chǎn)生，在熔池中會(huì)導(dǎo)致氣孔殘留，這無(wú)益于材料力學(xué)性能和抗氧化性能。

因此，有必要提出一種新的方法，以提高高溫合金的抗氧化性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種利用超聲場(chǎng)和激光表面重熔提高合金高溫抗氧化性的方法，采用不同光斑直徑、功率的激光重熔合金表面，在合金表面形成超細(xì)晶、細(xì)晶和粗晶梯度組織；采用超聲場(chǎng)輔助的激光重熔技術(shù)在合金表面制備了細(xì)晶區(qū)域，從而提高合金的抗氧化性能。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種利用超聲場(chǎng)和激光表面重熔提高合金高溫抗氧化性的方法，包括：

提供高溫合金試樣，將高溫合金試樣與超聲波發(fā)生器連接，使得超聲波能加載在高溫合金試樣上；

使用大功率、大光斑直徑的激光，第一次重熔高溫合金試樣的表面；

采用低功率、小光斑直徑的激光，第二次重熔高溫合金試樣的表面；

對(duì)第二次重熔后的表面進(jìn)行缺陷處理。

進(jìn)一步地，在將高溫合金試樣與超聲波發(fā)生器連接之前，還包括對(duì)合金進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理包括：去除高溫合金試樣表面的氧化層和油污，然后進(jìn)行噴砂處理。

進(jìn)一步地，所述將高溫合金試樣與超聲波發(fā)生器連接，包括：超聲波的頻率為20～50KHZ，超聲波的振幅不高于200μm。

進(jìn)一步地，所述使用大功率、大光斑直徑的激光，第一次重熔高溫合金試樣的表面，包括：激光功率為300～6000W，光斑直徑為2～10mm，激光掃描速率為1～50mm/s，熔道搭接率為20％～50％。

進(jìn)一步地，所述使用大功率、大光斑直徑的激光，第一次重熔高溫合金試樣的表面，包括：激光重熔過(guò)程中，采用惰性氣體保護(hù)重熔表面。

進(jìn)一步地，所述惰性氣體為氮?dú)饣驓鍤?，氣體流量為5～30L/min。

進(jìn)一步地，所述采用低功率、小光斑直徑的激光，第二次重熔高溫合金試樣的表面，包括：激光光斑直徑為20～100μm，掃描速率為300～2000mm/s，激光功率為50～500W，熔道搭接率為20％～50％。