专利名称：耐热耐磨抗热腐蚀硅化物增强高钨镍铁基合金的制作方法
技术领域：
本发明属于高性能新材料技术领域，特别涉及一种适用于激光精密焊接与熔覆的耐热耐磨抗热腐蚀硅化物增强高钨镍铁基合金。
背景技术：
工业上诸多领域的零部件经受高温热腐蚀和固体粒子冲蚀磨损。如增压涡轮、涡轮机排气构件、涡轮机消声挡板、燃气轮机增压器叶轮叶片、高温离心机、高温给料器喷嘴等，在工作过程中都经受热腐蚀和固体粒子冲蚀磨损。其中的许多零部件结构形状复杂，制造成本高，价格贵。一些零部件在使用过程中，往往因其遭受热腐蚀、冲蚀与磨损造成零部件的局部缺损，工作性能下降，致使整个零部件报废，造成较大的损失。因此研制一种耐热耐磨抗热腐蚀合金适用于对这类零部件的缺损部位用激光精密焊接与熔覆予以修复，有一定的意义。
发明内容
本发明提供一种适于以激光精密熔覆焊接对经受热腐蚀热磨损零部件进行表面修复与强化用的耐热耐磨抗热腐蚀硅化物增强高钨镍铁基合金。发明的耐热耐磨抗热腐蚀硅化物增强高钨镍铁基合金的化学成分有以下特点发明的合金有较高的含铬量和较高的含钨量，铬和钨在合金中形成一定量的化合物提高合金的耐磨性之外，还有部分铬和钨溶于镍基基体，镍基基体被铬和钨充分的合金化,保证基体有较高的高温强度和较好的耐热腐蚀性能。发明的合金与已有的镍基高温合金相比有较高的含硅量，在合金中形成耐高温的有较高硬度(HV650-1050)的合金硅化物相，有利于提高合金的耐热性、耐磨性、抗冲蚀磨损特性。较高的含硅量降低熔融合金的表面张力、改善熔融态高钨镍基合金的漫流特性，有利于激光熔覆。发明的合金与已有的镍基高温合金的不同之处还在于含有较高的硼。除少量溶于基体、改善合金中金属间化合物的形态分布、提高合金的机械性能外，硼与氧有很强的亲和力，在激光熔覆过程中部分硼起到脱氧的作用，与硅协同形成熔渣对熔覆焊接时的熔池有净化作用，还改善熔融合金的漫流与熔覆特性，有利于改善熔覆金属与基体的熔合和熔覆金属的成形。发明的合金与已有的镍基高温合金不同，不含我国资源不丰的、昂贵、稀缺的元素铌和钽。
发明的合金有较高的硅、铝、铬含量，在高温氧化过程中在合金表面形成致密的硅的氧化物-铬的氧化物-铝的氧化物复氧化物膜，阻止氧通过氧化膜向合金扩散，提高了合金的抗高温氧化性能。在大气环境、850°C高温持续氧化增重实验结果表明初始氧化较快，经一段时间(15小时)后，氧化增重减缓，其氧化动力学曲线符合抛物线规律。发明的合金在高温氧化过程中在表面形成了致密的复氧化物膜后，有效的阻止了氧的向内扩散，使合金的高温氧化大大减缓。发明的合金还有较高的抗熔盐热腐蚀特性。在850°C的Na2SO4-NaCl高温熔盐中表现出较好的抗熔盐热腐蚀特性。发明的耐热耐磨抗热腐蚀硅化物增强高钨镍铁基合金的化学成分(原子百分数，记作 at. % ) % C 2. 0-6. Oat. %, Cr :28. 0-35. Oat. %, W 4. 0-8. 5at. %,Si 6. 0-1 0. Oat. %, Al :3. 0-6. Oat. %, Ti :1. 0-3. Oat. %, B :5. 0-10. Oat. %, Fe 8. 0-14. Oat. %, Ni :21. 0-29. Oat. V0o发明的耐热耐磨抗热腐蚀硅化物增强高钨镍铁基合金是以粉末态提供备用。
具体实施例方式I发明的耐热耐磨抗热腐蚀硅化物增强高钨镍铁基合金的制备按发明的耐热耐磨抗热腐蚀硅化物增强高钨镍铁基合金的化学成分配比配制炉料，用60kW高频感应炉熔炼，至炉料完全熔化，液态合金在感应炉内感应加热搅拌均匀后，将液态合金注入置于雾化罐上的漏斗，经漏斗出口、雾化器喷嘴，熔融的液态合金被高速惰性气体射流粉碎成细小的液滴，液滴被高速惰性气体气流携带在有水流冷却罐壁的雾化罐内高速冷却凝固成固态合金粉末，即制得耐热耐磨抗热腐蚀硅化物增强高钨镍基合金粉末。将制得的合金粉末经筛分得粒径在0. IOmm以下的合金粉末备用。制得的合金粉末形貌见说明书附图
I制得的耐热耐磨抗热腐蚀硅化物增强高钨镍基合金粉末的形貌照片。2发明的耐热耐磨抗热腐蚀硅化物增强高钨镍基合金的使用使用方法I :耐热耐磨抗热腐蚀硅化物增强高钨镍铁基合金粉末可作为熔覆材料直接使用。即用于合金粉末激光熔覆。(即，将合金粉末装入送粉器中，合金粉末经送粉器送粉嘴送入待激光熔覆焊接工件表面激光焊接熔池，进行激光焊接熔覆)。使用方法2 :将耐热耐磨抗热腐蚀硅化物增强高钨镍铁基合金粉末调制成合金粉膏使用。即，将制得的粒径在0. IOmm以下的合金粉末用水溶性胶黏剂调制成合金粉膏备用。在工件激光熔覆焊接时，先将调制好的合金粉膏涂覆于待熔覆焊接部位，用热吹风机吹热风干燥，待涂覆的合金粉膏充分干燥后，进行激光熔覆焊接，得到耐热耐磨抗热腐蚀硅化物增强高钨镍铁基合金。3激光熔覆使用实例(I)用发明的合金的粉膏涂覆于镍基合金工件的表面，涂覆层厚度0. 3_。用功率300W的Nd-YAG脉冲激光器，以光斑直径2mm、脉宽10ms、频率8Hz的参数进行熔覆。熔覆合金层厚度为0. 20-0. 25mm。熔覆2层，可制得表面有0. 4-0. 5mm的耐热耐磨抗热腐蚀硅化物增强高钨镍铁基合金激光熔覆层的工件。(2)用发明的合金的粉末经送粉器送粉，用CO2连续激光(功率1200W，光斑直径5mm)在工件表面进行激光熔覆。随工件行走速度的不同可得厚度0. 5-1. 2mm的合金熔覆层。发明的耐热耐磨抗热腐蚀硅化物增强高钨镍铁基合金激光熔覆试样的性能高的耐高温氧化性能用发明的合金激光熔覆的试样，在大气环境下、850°C高温持续氧化增重实验结果表明，其氧化动力学曲线符合抛物线规律。在大气环境下、850°C高温持续氧化32小时氧化增重I. lmg/cm2 ;现有的含银和钽的Inconel 751镍基超合金(Super Alloy Inconel 751)在同样的实验条件下850°C高温持续氧化32小时氧化增重2. Omg/cm2。发明的合金激光熔覆试样的耐高温氧化性能优于Inconel 751镍基超合金。
发明的合金还有较高的抗熔盐热腐蚀特性。发明的合金的激光熔覆试样，在850°C的Na2SO4-NaCl高温熔盐中表现出较好的抗熔盐热腐蚀特性。抗熔盐热腐蚀特性优于 Inconel 751镍基超合金,与昂贵的Stellite系列钴基合金相当。
权利要求
1.发明的适用于激光熔覆的耐热耐磨抗热腐蚀硅化物增强高钨镍铁基合金的化学成分(原子百分数，记作at. %)为C 2. 0-6. Oat. %,Cr :28. 0-35. Oat. %,ff 4. 0-8. 5at. %,Si 6. 0-10. Oat. %, Al :3. 0-6. Oat. %, Ti :1. 0-3. Oat. %, B :5. 0-10. Oat. %, Fe 8. 0-14. Oat. %, Ni :21. 0-29. Oat. V0o
2.发明的耐热耐磨抗热腐蚀硅化物增强高钨镍铁基合金是以粉末态提供备用。
3.发明的耐热耐磨抗热腐蚀硅化物增强高钨镍铁基合金粉末适用于在镍基合金、铁基合金工件表面激光熔覆制作耐热耐磨抗热腐蚀合金覆层。
全文摘要
本发明一种适用于激光精密焊接与熔覆的耐热耐磨抗热腐蚀硅化物增强高钨镍铁基合金。本发明的耐热耐磨抗热腐蚀硅化物增强高钨镍铁基合金的化学成分(原子百分数，记作at.％)为C2.0-6.0at.％，Cr28.0-35.0at.％，W3.0-5.5at.％，Si6.0-10.0at.％，Al3.0-6.0at.％，Ti2.0-4.0at.％，B5.0-10.0at.％，Fe8.0-14.0at.％，Ni21.0-29.0at.％。本发明的耐热耐磨抗热腐蚀硅化物增强高钨镍铁基合金是以粉末态提供备用。适用于在镍基合金、铁基合金工件表面激光熔覆制作耐热耐磨抗热腐蚀合金覆层。
文档编号C22C30/00GK102650011SQ201110047279
公开日2012年8月29日 申请日期2011年2月28日 优先权日2011年2月28日
发明者孙家枢, 孙晓冰 申请人:孙家枢, 孙晓冰