修复受损膨胀机叶片的激光熔覆钴基合金粉末及修复方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于再制造技术领域，特别涉及一种能量回收透平膨胀机叶片受损后表面 修复用激光熔覆钴基合金粉末，属于表面工程应用和再制造技术工程领域。
【背景技术】
[0002] 机械零件在服役期间会受到不同工况条件下的表面磨损与腐蚀，对表面受损零部 件进行再制造修复进而重新投入使用是再制造领域一项非常重要的创造性工作，也是节约 资源、保护环境、满足当前社会可持续发展的战略需求所在。
[0003] 冶金和石化等领域中大型装备用能量回收透平（TRT)系列膨胀机的叶片、主轴等 核心部件均承受A1203、Si02等固体颗粒的冲刷和强腐蚀环境（C02,H2S，S02,C1，水汽、盐雾 等）的联合作用，腐蚀和磨损条件十分苛刻。尽管目前为了满足耐腐蚀、耐热、抗冲刷的工 况条件，采用了 2Crl3、0Crl7Ni4Cu4Nb等不锈钢材料制备工作叶片，并采用了高温离子氮 化等表面处理技术进行防护，但是仍然不能满足抗冲刷、耐腐蚀服等役环境的苛刻要求，使 得此类关键零部件在服役中极易发生磨损，并诱发裂纹进而发生疲劳破坏，引起零部件失 效。风机行业中每年因腐蚀、磨损等导致的零部件更换不仅造成原材料的极大浪费，同时因 机组停机也为风机用户带来了巨大的经济损失。
[0004] 目前在0Crl7Ni4Cu4Nb不锈钢基材上为兼顾耐蚀性常采用Co基和Ni基合金作为 激光熔覆层材料。Ni基合金有较高的硬度和耐腐蚀性，但激光快凝产生的高应力易使涂层 在搭接恪覆时形成横向穿透裂纹；而单一的Co基合金涂层在高应力磨损时的耐磨性及抗 热震性等还有待于提高，尤其是大面积的激光多道搭接熔覆，由于搭接区受到激光二次重 熔以及后道对前道的回火作用，使得多道熔覆层搭接区的组织明显劣化，同种涂层材料下 的多道熔覆层硬度明显低于单道涂层。倘若能通过调控合金粉成分和比例来调整激光熔覆 层物相，并随激光熔覆过程中温度变化保持物相不变，可有望改变裂纹以及组织裂化问题。 基于此，如何设计并开发适用于能量回收透平膨胀机叶片的耐腐蚀激光熔覆用钴基合金粉 末具有重大的意义。
【发明内容】
[0005] 本发明针对能量回收透平膨胀机叶片冲刷腐蚀工况介质提供一种不锈钢叶片表 面激光熔覆用钴基合金粉末的配方。该方法利用Co、W、Mo、Ni等元素改善了材料的相容 性，使熔覆层合金具有良好的耐腐蚀性能，在保证熔覆层具有适当强度和硬度的同时，有效 提高了合金层的耐腐蚀性能，为能量回收透平膨胀机叶片的激光修复提供了一种适用的熔 覆粉末。
[0006] 为达到上述目的，根据本发明的实施例提供的一种用于修复受损膨胀机叶片的激 光熔覆钴基合金粉末，包括下述质量百分比的原料：
[0007] Co20. 0 ~50%;W1. 0 ~3· 0%;M〇 2. 0 ~5. 0%;Cr20. 0 ~26. 0%;Fe19. 0 ~ 45.0%;Ni0 ~9%，余量为Si。
[0008] 相应地，本发明给出了一种利用激光熔覆钴基合金粉末修复受损膨胀机叶片的方 法，包括下述步骤：
[0009] 1)对0Crl7Ni4Cu4Nb型不锈钢受损膨胀机叶片进行熔覆前常规预处理：去油、去 锈并砂纸打磨至表面粗糙度为Ra= 0. 2μm，最后用丙酮、酒精清洗干净；
[0010] 2)配比激光熔覆钴基合金粉末：将20. 0~50%Co、l. 0~3. 0%W、2. 0~5. 0% Μο、20· 0~26. 0%Cr、19. 0~45. 0%Fe、0~9%Ni，余量为Si按照质量比进行混合； [0011] 3)最后通过激光三维扫描进行逆向建模，确定叶片修复部位及其尺寸，然后进行 激光修复；
[0012] 4)采用数控激光熔覆机，以氩气为保护气，采用C02激光器为发射激光源，以及锥 形粉束同轴送粉方式，将步骤2)配制的混合粉体对受损膨胀机叶片进行多道搭接激光熔 覆，搭接系数为〇. 6,熔覆层厚度为0. 8mm。
[0013] 进一步，所述激光熔覆的功率为3~5KW、光斑直径为2. 5~4_、扫描速度为 2. 0 ~4.Omm/s、送粉速度为 7. 1 ~10. 2g/min。
[0014] 进一步，采用激光熔覆的方式将其用钴基合金粉末进行多道搭接熔覆，熔覆层以 奥氏体为主相，其硬度为283~325HV，电化学试验腐蚀电位和腐蚀电流分别为-0. 0367~ 0· 269V和 2· 63X10 7~6· 16X10sA/cm3,浸泡 100h后腐蚀失重量为 0· 13mg~0· 2mg/cm2。
[0015] 本发明的有益效果如下：
[0016] 本发明基于基体材料添加适量的合金元素形成耐腐蚀激光熔覆用Co基合金粉 末，提高熔覆层耐腐蚀能力并解决大面积多道搭接易开裂问题。该方法以Co和Ni两种元 素稳定主相，添加适量的Cr、Ni元素可以细化组织晶粒，使熔覆层具有较高的耐蚀性，同时 提高合金层淬透性，提高强度和韧性；添加少量的W和Mo同时降低Si和B元素含量，可调 控合金熔覆层以奥氏体为主相组成，并稳定主相；提高韧性和耐腐蚀性，减少熔覆层多道搭 接时开裂现象。添加适量Co、W元素的目的在于提高熔覆合金的润湿性，在大尺寸多道搭接 修复时降低熔覆层开裂敏感性，同时改善熔覆层的耐磨性。
[0017] 其次，合金粉成分尽可能简单化设计，降低成本和提高熔覆工艺稳定性，保证了能 量回收透平膨胀机叶片的激光修复质量和有效寿命。
[0018] 实验表明，此Co基激光熔覆合金粉末形成的熔覆层形貌平整无裂纹，可显著提升 了 0Crl7Ni4Cu4Nb不锈钢耐腐蚀性，满足能量回收透平膨胀机叶片（0Crl7Ni4Cu4Nb)严重 受损后再制造修复所需要求。
【具体实施方式】
[0019] 下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
[0020] 本发明利用激光熔覆钴基合金粉末修复受损膨胀机叶片的方法，包括下述步骤：
[0021] 1)选取0Crl7Ni4Cu4Nb型不锈钢为基体，试样尺寸为50_X30_X10_，并进行 熔覆前常规预处理：去油、去锈并砂纸打磨至表面粗糙度为Ra= 0. 2μm，最后用丙酮、酒精 清洗干净；
[0022] 2)配比激光熔覆用不同成分的Co基合金粉末：(：〇、1、1〇、046、附其中，(：〇基合 金粉末化学成分及其质量百分比范围为：20. 0~50%Co、l. 0~3. 0%W、2. 0~5. 0%Mo、 20. 0 ~26. 0%Cr、19. 0 ~45. 0%Fe、0 ~9%Ni，余量为Si;
[0023] 3)最后通过激光三维扫描进行逆向建模，确定叶片修复部位及其尺寸，然后进行 激光修复；
[0024] 4)采用HGL-JKR5250多功能数控激光熔覆机，以氩气为保护气，C02激光器为发射 激光源，锥形粉束同轴送粉方式进行多道搭接激光熔覆，搭接系数为〇. 6,熔覆层厚度约为 0. 8mm;激光熔覆的激光功率为3~5KW、光斑直径为2. 5~4mm、扫描速度为2. 0~4. 0mm/ s、送粉速度为7. 1~10. 2g/min。
[0025] 4)熔覆后进行微观结构和性能检测。
[0026] 将熔覆后的试样沿垂直于扫描方向线切割，熔覆层表面及横断面均用渗透法检 测裂纹，微观结构表征采用金相显微镜、扫描电镜（SEM)、X射线衍射（XRD)、能谱（EDAX);耐 腐蚀性和力学性能基于冲刷腐蚀实验、电化学腐蚀试验和显微硬度进行评价，其中浸泡腐 蚀实验条件见表一。
[0027] 表一浸泡腐蚀实验中腐蚀条件
[0028]
[0029] 表二电化学腐蚀实验腐蚀条件
[0030]
[0032] 添加W和Mo同时降低Si和B元素含量，减少熔覆层多道搭接时开裂敏感性，适合 用于严重冲刷腐蚀后的〇Crl7Ni4Cu4Nb型不锈钢叶片再制造修复。
[0033] 下面通过具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0034] 实施例1
[0035] 选用0Crl7Ni4Cu4Nb叶片用钢（尺寸：50mmX30mmX10mm)作为基底，进行恪覆前 预处理：去油、去锈并砂纸打磨至表面粗糙度为Ra= 0. 2μm，最后用丙酮、酒精清洗干净。
[0036] 以氩气作为保护气氛，采用HGL-JKR5250多功能数控激光熔覆机进行激光熔覆。 其中，功率P为4KW、光斑直径D为3mm、扫描速度VS为3.Omm/s、送粉速度Vf为10. 2g/min。 采用调整配方的Co基合金粉末进行激光熔覆。
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