专利名称：复合涂层及熔覆工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光熔覆领域，特别地，涉及一种复合涂层。此外，本发明还涉及一种包括上述复合涂层的熔覆工艺。
背景技术：
压气机转子为某型航改燃气轮机的核心部件，其生产难度大，成本高，且在轴颈部位发生磨损现象，返修时会出现加工余量不够，甚至有时会在轴颈处发现1_3_深的沟槽。目前采用的修复工艺是刷镀和热喷涂，当需要修复的尺寸较少(< O. 4mm)且轴颈处表面无沟槽时，一般在其表面刷镀一层镍来修复尺寸，之后再进行精车和抛光来满足装配尺寸；当需要修复的尺寸为O. 4mm Imm,其表面无沟槽时,一般采用等离子喷涂NiCrA；LY来修复尺寸，之后再进行精车和抛光来达到装配尺寸。然而，刷镀工艺制备的涂层厚度有限，无法完全满足需修复的尺寸要求，且涂层硬度不高，使用寿命较短，对沟槽修复无能为力。热喷涂 制备的涂层结合强度不好，涂层硬度也不高，服役中涂层容易掉，使用寿命也不长，对沟槽修复也无能为力。
发明内容
本发明目的在于提供一种复合涂层及熔覆工艺，以解决现有的喷涂材料和刷镀涂层及其工艺使得修复结合强度不好、涂层硬度不高，使用寿命短的技术问题。为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种复合涂层，包括其包括底层和铬层,底层的成分包括O. 12 O. 15wt%的C、2wt%的N1、ll 13wt%的Cr、O. 9 1. 2wt%的S1、O. 9 1. 3wt%的B，余量为Fe ;铬层的成分包括O. Γθ. 15wt%的CU. (Tl. 5wt%的Mo、5 7wt%的 N1、13 17wt% 的 Cr,O. 9 1. 2wt% 的 Si,O. 9 1. 2wt% 的 B，余量为 Fe。进一步地，底层包括O. 13wt% 的 C、2wt% 的 N1、12wt% 的 Cr、lwt% 的 S1、1. lwt% 的B，余量为 Fe ;铬层包括 O. 15wt% 的 CU. 2wt% 的 Mo、6wt% 的 N1、14wt% 的 Cr、1. lwt% 的 S1、
余量为 Fe。根据本发明的另一方面，还提供了一种熔覆工艺，包括如下步骤步骤S1:对工件进行表面处理；步骤S2 :将表面处理后的工件预热至60°C 100°C，将底层材料升温熔化后涂覆于工件的表面形成底层；再将铬层材料升温熔化后涂覆于底层表面，形成铬层；两者进行冶金复合，形成具有复合涂层的工件；步骤S3 :对具有复合涂层的工件进行去应力退火，其中，底层的成分包括O. 12 O. 15wt% 的 C、2wt% 的 N1、ll 13wt% 的 Cr,O. 9 1. 2wt% 的 Si,O. 9 1. 3wt% 的 B，余量为 Fe ;铬层的成分包括 O. Γ0. 15wt% 的 C、1. (Tl. 5wt% 的 Mo、5 7wt% 的 N1、13 17wt% 的 Cr、
O.9 1. 2wt% 的 Si,O. 9 1. 2wt% 的 B，余量为 Fe。进一步地，步骤SI包括两个分步骤Sll和S12，步骤Sll包括对工件进行除锈、整平、毛化处理直至露出金属本色，步骤S12包括对经步骤Sll处理后的工件的表面进行丙酮清洗，得到干净的工件。 进一步地，步骤S2中，选用激光器进行熔覆，工作台为数控机床，利用激光器自动送粉装置把底层和铬层分别熔覆于工件的表面。进一步地，步骤S2中，底层的熔覆厚度为O. 7mnTlmm，铬层的熔覆厚度为1.5mm 2mmο进一步地，底层的熔覆厚度为O. 8mm，铬层的熔覆厚度为1. 5mm。进一步地，激光器熔覆功率为2900\T3000W，激光束扫描线速度为8 9mm/s，光斑直径为6mnT7mm，离焦量175mnTl80mm，熔覆材料送粉率7 8g/s。进一步地，激光器熔覆功率为2950W，激光束扫描线速度为8. 6mm/s，光斑直径为6mm，离焦量为178mm，熔覆材料送粉率为7. 5g/s。 进一步地，步骤S3中，采用火焰喷枪对复合涂层进行去应力退火，温度控制在100°C 200°C，时间为 30mirTl20min。本发明具有以下有益效果本发明的复合涂层及其熔覆工艺，可以将厚度大于Imm的复合涂层冶金结合于工件等基体表面，复合涂层的硬度、强度和结合力高，具有优良的耐磨性能，能大大提高工件的服役寿命。另外，本发明的熔覆工艺还具有无污染、生产效率高、能耗低且修复的残余应力小，无加工变形等优点。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图1是本发明实施例的底层和铬层组成的复合涂层的结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。本发明提供了一种复合涂层，其包括底层和铬层，底层的成分包括O. 12^0. 15wt%的C、2wt%的N1、ll 13wt%的Cr,O. 9 1. 2wt%的Si,O. 9 1. 3wt%的B，余量为Fe ;铬层的成分包括 O. Γ0. 15wt% 的 CU. (Tl. 5wt% 的 Mo、5 7wt% 的 N1、13 17wt% 的 Cr,O. 9 1. 2wt% 的S1、0. 9^1. 2wt%的B，余量为Fe。本发明为了解决涂层与工件的结合强度不高，特在工件和铬层之间设置一层底层，底层选用了与工件的材料接近的元素配制，两者热膨胀系数接近，底层能缓冲工件和铬层的热应力，防止涂层出现裂纹，且能与铬层和工件很好的冶金结合，增强了铬层与工件的结合强度。铬层的C、Cr和Mo的成分可以增加涂层的硬度，尤其是Cr增加涂层的硬度最显著，Ni可以降低涂层的脆性，从而提高涂层的结合强度、硬度，以便实现耐磨和提高使用寿命。增设的底层对于铬层而言，减少了 Cr、Ni的含量后与工件材料元素接近，提高了涂层与工件的结合强度，同时，底层取代了铬层的一部分厚度，从而节省了Cr和Ni的成本。两者合适的配比可以制备出耐磨而抗冲击的涂层。在实际使用中，底层的熔覆厚度为O. 7mnTlmm，铬层的熔覆厚度为1. 5mnT2mm。在本实施例中，底层和铬层的厚度分别为O. 8mm和1. 5mm,工件为轴颈。底层包括O. 13wt% 的 C、2wt% 的 N1、12wt% 的 Cr、lwt% 的 S1、1. lwt% 的 B,余量为Fe ;铬层包括 O. 15wt% 的 C、1. 2wt% 的 Mo、6wt% 的 N1、14wt% 的 Cr、1. lwt% 的 S1、lwt% 的 B,余量为Fe。此组份的配比使得涂层结合强度更高，涂层的硬度更好，使用寿命更长。本发明还提供了一种包 括前述复合涂层的熔覆工艺，参见图1，用于修复工件的表面磨损、裂纹或沟槽等缺陷，其熔覆工艺采用以下步骤步骤S1:对工件进行表面处理；具体地，步骤SI还包括两个分步骤Sll和S12 :其中，步骤Sll包括对工件进行除锈、整平、毛化处理直至露出金属本色；步骤S12包括经步骤Sll处理后的工件的表面进行丙酮清洗，得到干净的工件。步骤S2 :将表面处理后的工件预热至6(TlO(rC，将底层材料升温熔化后涂覆于工件的表面形成底层；再将铬层材料升温熔化后涂覆于底层的表面，形成铬层；两者进行冶金复合，形成具有复合涂层的工件。送粉和熔覆步骤采用激光实现，优选地，选用激光器进行熔覆，工作台为数控机床，利用激光器自动送粉装置把底层和铬层分别熔覆于工件的表面。此时，熔覆功率2900W 3000W，激光束扫描线速度8 9mm/s，光斑直径6mnT7mm，离焦量175mnTl80mm，熔覆材料送粉率7 8g/s。在本实施例中，激光器为DL-T5000型C02激光器。更优选地，熔覆功率为2950W，激光束扫描线速度为8. 6mm/s,光斑直径为6mm，离焦量为178mm，熔覆材料送粉率为7. 5g/s。步骤S3:对具有复合涂层的工件进行去应力退火；其中，底层的成分包括O. 12 O. 15wt% 的 C、2wt% 的 N1、ll 13wt% 的 Cr,O. 9 1. 2wt% 的 Si,O. 9 1. 3wt% 的 B，余量为 Fe ;铬层的成分包括 O. Γ0. 15wt% 的 C、1. (Tl. 5wt% 的 Mo、5 7wt% 的 N1、13 17wt% 的 Cr、O. 9 1. 2wt% 的 Si,O. 9 1. 2wt% 的 B，余量为 Fe。具体地，熔覆完成后，采用火焰喷枪对复合涂层进行去应力退火，温度控制在100°C 200°C，时间为 30mirTl20min。实施例实施例中所采用的材料和仪器均为市售。实施例1底层的成分包括O. 12wt% 的 C、2wt% 的 N1、llwt% 的 Cr,O. 9wt% 的 Si,O. 9wt% 的 B,余量为Fe。络层的成分包括O. lwt% 的 C、1. Owt% 的 Mo、5wt% 的 N1、13wt% 的 Cr、0. 9wt% 的 S1、O. 9wt%的B，余量为Fe。S1:对工件进行表面处理；S2 :将表面处理后的工件预热至60°C，用型号为DL-T5000型C02激光器自动送粉装置将上述底层材料升温熔化后涂覆于工件的表面形成底层；再将上述铬层材料升温熔化后涂覆于底层的表面，形成铬层；底层和铬层进行冶金复合，形成具有复合涂层的工件；此时，熔覆功率2900W，激光束扫描线速度8mm/s，光斑直径6mm，离焦量175mm，熔覆材料送粉率7g/s ；S3 :对具有复合涂层的工件进行去应力退火；具体地，熔覆完成后，采用火焰喷枪对复合涂层进行去应力退火，温度控制在100°c，时间为30min。实施例2底层的成分包括O. 15wt% 的 C、2wt% 的 N1、13wt% 的 Cr、1. 2wt% 的 S1、1. 3wt% 的 B,余量为Fe。铬层的成分包括O. 15wt% 的 C、1. 5wt% 的 Mo、7wt% 的 N1、17wt% 的 Cr、1. 2wt% 的S1、1. 2wt% 的 B，余量为 Fe。S1:对工件进行表面处理；S2 :将表面处理后的工件预热至100°C，用型号为DL-T5000型0)2激光器自动送粉装置将上述底层材料升温熔化后涂覆于工件的表面形成底层；再将上述铬层材料升温熔化后涂覆于底层的表面，形成铬层；底层和铬层进行冶金复合，形成具有复合涂层的工件； 此时，熔覆功率3000W，激光束扫描线速度9mm/s，光斑直径7mm，离焦量180mm，熔覆材料送粉率8g/s ；S3 :对具有复合涂层的工件进行去应力退火；具体地，熔覆完成后，采用火焰喷枪对复合涂层进行去应力退火，温度控制在200°C，时间为120min。实施例3底层的成分包括O. 12wt% 的 C、2wt% 的 N1、I lwt% 的 Cr、1. 2wt% 的 S1、1. 3wt% 的 B,余量为Fe。络层的成分包括O. lwt% 的 C、lwt% 的 Mo>5wt% 的 N1、17wt% 的 Cr、l. 2wt% 的 S1、余量为 Fe。S1:对工件进行表面处理；S2 :将表面处理后的工件预热至80°C，用型号为DL-T5000型CO2激光器自动送粉装置将上述底层材料升温熔化后涂覆于工件的表面形成底层；再将上述铬层材料升温熔化后涂覆于底层的表面，形成铬层；底层和铬层进行冶金复合，形成具有复合涂层的工件；此时，熔覆功率2950W，激光束扫描线速度8. 5mm/s,光斑直径6. 5mm,离焦量177mm，熔覆材料送粉率7. 5g/s ；S3 :对具有复合涂层的工件进行去应力退火；具体地，熔覆完成后，采用火焰喷枪对复合涂层进行去应力退火，温度控制在150°C，时间为75min。实施例4底层的成分包括O. 13wt% 的 C、2wt% 的 N1、12wt% 的 Cr、lwt% 的 S1、1. lwt% 的 B,余量为Fe。络层的成分包括O. 15wt% 的 C、1. 2wt% 的 Mo、6wt% 的 N1、14wt% 的 Cr、1. lwt% 的S1、lwt%的B，余量为Fe。S1:对工件进行表面处理；S2 :将表面处理后的工件预热至80°C，用型号为DL-T5000型C02激光器自动送粉装置将上述底层材料升温熔化后涂覆于工件的表面形成底层；再将上述铬层材料升温熔化后涂覆于底层的表面，形成铬层；底层和铬层进行冶金复合，形成具有复合涂层的工件；此时，熔覆功率2950W，激光束扫描线速度8. 6mm/s，光斑直径6mm，离焦量178mm，熔覆材料送粉率7. 5g/s ；S3 :对具有复合涂层的工件进行去应力退火；具体地，熔覆完成后，采用火焰喷枪对复合涂层进行去应力退火，温度控制在100°c，时间为30min。对比例INiCrAlY 的成分包括 15wt% 的 Cr、8wt% 的 A1、0. 5wt% 的 Y，余量为 Ni。熔覆工艺采用实施例4的步骤将NiCrAH熔覆于工件表面。对比例2底层的成分包括O. 13wt% 的 C、2wt% 的 N1、12wt% 的 Cr、lwt% 的 S1、1. lwt% 的 B,余量为Fe。络层的成分包括O. 15wt% 的 C、1. 2wt% 的 Mo、6wt% 的 N1、lwt% 的 Cr、1. lwt% 的 S1、余量为 Fe。 熔覆工艺采用实施例4的步骤将对比例2的底层和烙层熔覆于工件表面。对比例3底层的成分包括O. 13wt% 的 C、2wt% 的 N1、12wt% 的 Cr、lwt% 的 S1、1. lwt% 的 B,余量为Fe。络层的成分包括O. 15wt% 的 C、1. 2wt% 的 Mo、14wt% 的 Cr、lwt% 的 N1、1. lwt% 的S1、lwt%的B，余量为Fe。熔覆工艺采用实施例4的步骤将对比例3的底层和烙层熔覆于工件表面。对比例4底层包括O. lwt% 的 C、lwt% 的 N1、9wt% 的 Cr、0. 8wt% 的 S1、0. 8wt% 的 B,余量为Fe ；络层包括O. 15wt% 的 C、1. 2wt% 的 Mo、6wt% 的 N1、14wt% 的 Cr、1. lwt% 的 S1、lwt%的B，余量为Fe。熔覆工艺采用实施例4的步骤将对比例4的底层和烙层熔覆于工件表面。对比例5底层包括O. 13wt% 的 C、2wt% 的 N1、12wt% 的 Cr、lwt% 的 S1、1. lwt% 的 B,余量为Fe ；铬层包括O.08wt9^3C、0. 8wt% 的] 0、4￥七％ 的 N1、10wt% 的 Cr、0. 7wt9^3S1、0. 8wt%的B，余量为Fe。熔覆工艺采用实施例4的步骤将对比例5的底层和烙层熔覆于工件表面。对比例6底层包括O. lwt% 的 C、lwt% 的 N1、9wt% 的 Cr、0. 8wt% 的 S1、0. 8wt% 的 B,余量为Fe ；铬层包括O. 08wt9^3C、0. 8wt% 的] 0、2￥七％ 的 N1、20wt% 的 Cr、0. 7wt9^3S1、0. 8wt%的B，余量为Fe。熔覆工艺采用实施例4的步骤将对比例6的底层和烙层熔覆于工件表面。将实施例广4的底层和铬层按照上述的熔覆工艺涂覆在工件表面得到的复合涂层，对实施例广4的复合涂层进行质量检测，检测结果列于表I中。硬度按GB/T230. 1-2004的检测方法进行检测，结合强度按GB/T8642-200的检测方法进行检测。在本实施例中，使用寿命为转子轴颈部位涂层制备好后，开始服役作为起始点，直到涂层失效(脱落，掉块，磨损导致的尺寸不够)，所经历的时间。
表I实施例f 4的质量检测结果表
I结合强度(MPa)I硬度(HRC)I使用寿命(小时)
实施例1冶金结合(远大于70MPa)￥Γδ9000小时
实施例2冶金结合(远大于70MPa)537 8000小时
实施例3冶金结合(远大于70MPa)52 76000小时
实施例4冶金结合(远大于70MPa)5 Τ310000小时实验结果的分析由于是冶金结合，所以按GB/T8642-200标准无法得出具体数值，只能定性判断其结合强度远大于70MPa ;硬度值随着Cr含量的增加而增加，由于金属间化合物的形成，脆性也会增加，实施例3中Cr的含量最高硬度高，而Ni的含量最低脆性最大，综合使用寿命较短，使用过程中容易开裂，因此，实施例广4相比，实施例4的结合强度较高、硬度高，耐磨性能好，而使用寿命最长，因而其综合使用性能最好。将实施例广4的复合涂层与对比例I飞的复合涂层技术进行质量检测对比，对比结果列于表2中。表2实施例f 4与对比例f 6的质量检测结果表
权利要求
1.一种复合涂层，其特征在于，其包括底层和铬层，所述底层的成分包括O. 12 O. 15wt%的C、2wt%的N1、ll 13wt%的Cr,O. 9 1. 2wt%的51.0.9 1. 3wt% 的 B，余量为 Fe ；所述铬层的成分包括O. Γ0. 15wt%的CU. (Tl. 5wt%的Mo、5 7wt%的N1、13 17wt%的 Cr,O. 9 1. 2wt% 的 Si,O. 9 1. 2wt% 的 B，余量为 Fe。
2.根据权利要求1所述的复合涂层，其特征在于，所述底层包括O. 13wt%的C、2wt%的N1、12wt%的Cr、lwt%的S1、1. lwt%的B，余量为Fe ；所述络层包括 O. 15wt% 的 C、1. 2wt% 的 Mo、6wt% 的 N1、14wt% 的 Cr、1. lwt% 的 S1、lwt% 的B，余量为Fe。
3.一种熔覆工艺，其特征在于，包括如下步骤步骤S1:对工件进行表面处理；步骤S2 :将表面处理后的工件预热至60°C 10(rc，将底层材料升温熔化后涂覆于工件的表面形成所述底层；再将铬层材料升温熔化后涂覆于所述底层表面，形成铬层；底层和铬层进行冶金复合，形成具有复合涂层的工件；步骤S3 :对具有复合涂层的工件进行去应力退火，其中，所述底层的成分包括O. 12 O. 15wt%的C、2wt%的N1、ll 13wt%的Cr,O. 9 1. 2wt%的51.0.9 1. 3wt% 的 B，余量为 Fe ；所述铬层的成分包括O. Γ0. 15wt%的CU. (Tl. 5wt%的Mo、5 7wt%的N1、13 17wt%的 Cr,O. 9 1. 2wt% 的 Si,O. 9 1. 2wt% 的 B，余量为 Fe。
4.根据权利要求3所述的熔覆工艺，其特征在于，所述步骤SI包括两个分步骤Sll和 S12，所述步骤Sll包括对所述工件进行除锈、整平、毛化处理，所述步骤S12包括对经所述步骤Sll处理后的工件的表面进行丙酮清洗，得到干净的工件。
5.根据权利要求3所述的熔覆工艺，其特征在于，所述步骤S2中，选用激光器进行熔覆，工作台为数控机床，利用激光器自动送粉装置把所述底层材料熔覆于所述工件的表面形成所述底层，以及把铬层材料熔覆于所述工件的表面形成所述铬层。
6.根据权利要求5所述的熔覆工艺，其特征在于，所述步骤S2中，所述底层的熔覆厚度为O. 7mnTlmm,所述铬层的熔覆厚度为1. 5mnT2mm。
7.根据权利要求6所述的熔覆工艺，其特征在于，所述步骤S2中，所述底层的熔覆厚度为O. 8mm，所述铬层的熔覆厚度为1. 5mm。
8.根据权利要求6或7所述的熔覆工艺，其特征在于，激光器熔覆功率为 2900W 3000W，激光束扫描线速度为8 9mm/s，光斑直径为6mnT7mm，离焦量175mnTl80mm，熔覆材料送粉率7 8g/s。
9.根据权利要求8所述的熔覆工艺，其特征在于，所述激光器熔覆功率为2950W，所述激光束扫描线速度为8. 6mm/s，所述光斑直径为6mm，所述离焦量为178mm，所述熔覆材料送粉率为7. 5g/s。
10.根据权利要求3所述的熔覆工艺，其特征在于，所述步骤S3中，采用火焰喷枪对所述复合涂层进行去应力退火，温度控制在100°C 200°C，时间为30mirTl20min。
全文摘要
本发明涉及一种复合涂层及熔覆工艺。复合涂层包括底层和铬层，底层的成分包括0.12~0.15wt%的C、2wt%的Ni、11~13wt%的Cr、0.9~1.2wt%的Si、0.9~1.3wt%的B，余量为Fe；铬层的成分包括0.1~0.15wt%的C、1.0~1.5wt%的Mo、5~7wt%的Ni、13~17wt%的Cr、0.9~1.2wt%的Si、0.9~1.2wt%的B，余量为Fe。熔覆工艺包括四个步骤。本发明的复合涂层及其熔覆工艺，可以将厚度大于1mm的复合涂层冶金结合于工件等基体表面，复合涂层的硬度、强度和结合力高，具有优良的耐磨性能，能大大提高工件的服役寿命。另外，本发明的熔覆工艺还具有无污染、生产效率高、能耗低且修复的残余应力小，无加工变形等优点。
文档编号C23C24/10GK102995013SQ201310006279
公开日2013年3月27日 申请日期2013年1月8日 优先权日2013年1月8日
发明者王辉, 周建罗, 谭冬桂, 袁西英 申请人:株洲南方燃气轮机成套制造安装有限公司