本发明属于金属材料领域，具体涉及一种用于超高速激光熔覆的颗粒增强镍基金属粉末。
背景技术：
：根据目前公开专利，传统激光熔覆粉末无法满足超高速激光熔覆的工艺技术要求。该粉末经熔覆头输送汇聚后，粉斑直径较大，无法满足超高速率激光熔覆小粉斑的工艺要求。鉴于此，有必要提供一种镍基合金粉末，以实现超高速激光熔覆，进而提供耐蚀、高温抗氧化环境表面改性的良好涂层材料。技术实现要素：本发明的镍基合金是高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能的一类合金。其具有优秀的耐无机酸腐蚀能力，对氧化和还原环境的各种腐蚀介质都具有非常出色的抗腐蚀能力，是针对耐蚀、高温抗氧化环境表面改性的良好涂层材料。根据本发明一方面，提供了一种超高速率激光熔覆技术，其是一种表面加工技术，通过同步送粉添料方式，利用高能密度的束流使添加材料与高速率运动的基体材料表面同时熔化，并快速凝固后形成稀释率极低，与基体呈冶金结合的熔覆层，极大提高熔覆速率，显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等工艺特性的工艺方法。与传统低速率高速熔覆相比较，超高速率激光熔覆高能束少部分能量作用在基体材料上形成较浅的熔池，而大部分能量作用在了粉末材料上，使粉末在进入熔池之前温度升至熔点并熔化，以液滴的形式与基体材料结合，从而使得超高速激光熔覆加工比传统熔覆效率提高40倍至上百倍。由此，也对超高速率激光熔覆的专用粉末提出了新的要求。表征金属粉末的性能，主要采用以下指标：1.粒度范围，金属粉末颗粒的大小，通常用颗粒的直径来表征；2.流动性，是指以一定量粉末流过规定孔径的标准漏斗所需要的时间来表示，通常采用的单位为s/50g，其数值越小说明该粉末的流动性愈好；3.球形度，颗粒的形状与球体相似的程度；4.D50，描述粉末平均粒度的指标，指一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。由于传统颗粒增强镍基金属材料无法有效汇聚成较小的斑点等原因，该粒度粉末经熔覆头输送汇聚后，粉斑直径较大，无法满足超高速率激光熔覆小粉斑的工艺要求。需要说明的是，本发明中的超高速是相对于现有的激光熔覆速度而言的，该超高速具体是指激光扫描线速度大于等于25m/min。根据本发明一方面，提供了一种用于超高速激光熔覆的颗粒增强镍基金属粉末，其特征在于由镍基体金属粉末与氧化物或碳化物颗粒组成，其配比为：50-98%的镍基体金属粉末，2-50%的氧化物或碳化物颗粒，该氧化物或碳化物颗粒选自Al2O3、ZrO2、WC、TiC中的一个或多个；其中镍基体金属粉末的化学成分及其质量百分比为：C≤0.1%，2.0－30.0%Cr，2.0－30.0%Mo，0.1－5.0%Nb，Fe≤6.0%，Al≤0.6%，Ti≤0.6%，Mn≤0.8%，Si≤0.8%，Co≤2.0%，P≤0.030%，S≤0.030%，余量为Ni和不可避免的杂质；其中，粉末的D50为25-50μm，流动性为32-47s/100g。根据本发明另一方面，Cr含量+Mo含量5.0%－40.0%。根据本发明另一方面，粒度分布于：10-100μm。根据本发明另一方面，含氧量≦150ppm。根据本发明另一方面，提供了上述金属粉末的制备方法，其特征在于，该方法为：原材料成分合金化配比，而后进行真空熔炼镍锭，应用中频感应加热熔化镍锭，熔炼室真空度10-1-10-2Pa，采用气雾化方法制粉，喷粉气体氩气压力1.2-3.7MPa，收得粉末后进行粒度筛分，筛选10-100μm粒度范围的金属粉末；而后选取粒度范围为10-100μm的氧化物或碳化物颗，将制备好的粒度范围为10-100μm的金属粉末与氧化物或碳化物颗按相应配比在混料机中均匀混合，即可制得超高速激光熔覆用颗粒增强镍基金属粉末。根据本发明另一方面，提供了用于超高速率激光熔覆的镍基合金粉末，其各元素的质量分数为：C≤0.1%，2.0－30.0%Cr，2.0－30.0%Mo，0.1－5.0%Nb，Fe≤6.0%，Al≤0.6%，Ti≤0.6%，Mn≤0.8%，Si≤0.8%，Co≤2.0%，P≤0.030%，S≤0.030%，余量为Ni和不可避免的杂质；其中Cr含量+Mo含量优选5.0%－40.0%。该金属粉末粒径为：10-100μm；D50：25-50μm；流动性：32-47s/100g。根据本发明另一方面，制备上述超高速率激光熔覆用镍基合金粉末的方法为：原材料成分合金化配比，而后进行真空熔炼镍锭，应用中频感应加热熔化镍锭，熔炼室真空度10-1-10-2Pa，采用气雾化方法制粉，喷粉气体氩气压力1.2-3.7MPa，收得粉末后进行粒度筛分。其中，真空度的控制对于粉末含氧量等指标有重大影响，喷粉气体氩气的压力控制是控制粉末粒度、球形度和成粉率的核心参数，需要全面根据液流情况及各个喷粉时期做出精确调整。应用筛分后的粉末，采用超高速率激光熔覆技术，搭配不同工艺，进行表面制造及修复。对待加工零件表面进行机加工。用丙酮擦拭待加工零件表面，去除表面油脂。根据零件表面几何形状进行激光熔覆路径规划，制定工艺参数。采用超高速率激光熔覆系统对待加工零件表面进行熔覆加工，采用如下工艺参数：激光功率1~2kw，光斑直径1mm，送粉速率5~8kg/h，激光扫描速率20m~500m/min，搭接率30%~40%，单层熔覆厚度25~500μm，激光熔覆头具有氩气保护功能，氩气流量15~30L/min。采用精密车床、磨床对超高速率激光熔覆后零件表面进行机加工及抛光加工，至零件表面达到使用精度要求，获得性能良好的表面熔覆层。与现有技术相比，本发明的优点在于：1.该金属粉末具有优选合金含量搭配，熔覆层能够致密紧实地与基体结合，熔覆层具有优异的耐蚀、耐磨及耐高温氧化性能，经济性能良好。2．超高速激光熔覆技术可极大提高激光熔覆表面加工速率，得到表面平整光滑、无气孔、无裂纹的熔覆层，该技术对金属粉末粒度、流动性等指标有特殊要求，本发明所涉及的超高速率激光熔覆用镍基合金粉末适用于该加工技术。具体实施方式本发明提供了一种用于超高速激光熔覆的颗粒增强镍基金属粉末，其由镍基体金属粉末与氧化物或碳化物颗粒组成，其配比为：50-98%的镍基体金属粉末，2-50%的氧化物或碳化物颗粒，该氧化物或碳化物颗粒选自Al2O3、ZrO2、WC、TiC中的一个或多个；其中镍基体金属粉末的化学成分及其质量百分比为：C≤0.1%，2.0－30.0%Cr，2.0－30.0%Mo，0.1－5.0%Nb，Fe≤6.0%，Al≤0.6%，Ti≤0.6%，Mn≤0.8%，Si≤0.8%，Co≤2.0%，P≤0.030%，S≤0.030%，余量为Ni和不可避免的杂质；其中，粉末的D50为25-50μm，流动性为32-47s/100g。有利地，Cr含量+Mo含量5.0%－40.0%。有利地，粒度分布于：10-100μm。有利地，含氧量≦150ppm。有利地，球形度≥90%。优选地，粉末粒度区间为15~45μm。含氧量≦150ppm。空心粉率＜1%。有利地，提供了上述金属粉末的制备方法，其特征在于，该方法为：原材料成分合金化配比，而后进行真空熔炼镍锭，应用中频感应加热熔化镍锭，熔炼室真空度10-1-10-2Pa，采用气雾化方法制粉，喷粉气体氩气压力1.2-3.7MPa，收得粉末后进行粒度筛分，筛选10-100μm粒度范围的金属粉末；而后选取粒度范围为10-100μm的氧化物或碳化物颗，将制备好的粒度范围为10-100μm的金属粉末与氧化物或碳化物颗按相应配比在混料机中均匀混合，即可制得超高速激光熔覆用颗粒增强镍基金属粉末。进一步，下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不局限于下列实施例。实施例中目标产物中各元素的质量分数如表1所示，性能参数如表2所示，应用实施例进行超高速率激光熔覆加工后表面性能如表3所示。表1超高速激光熔覆用颗粒增强镍基合金粉末成分（质量分数，%）实施例CCrMoNbFeAlTiMnSiS、P颗粒/含量Ni实施例10.05219.13.62.50.40.2--≤0.03WC-15余量实施例20.0319.13.05.17.50.50.90.20.2≤0.03Al2O3-5，ZrO2-5余量实施例30.05300.52.1100.50.50.50.6≤0.03WC-5，TiC-10余量表2超高速激光熔覆用颗粒增强镍基合金粉末性能参数实施例粒度μm流动性s/50g球形度%D50/μm实施例110-100179040实施例210-100179142实施例310-100169143表3超高速率激光熔覆加工后表面性能实施例耐盐雾腐蚀时间（h）耐蚀性能提高百分比%寿命延长百分比%实施例1689421207实施例2702455236实施例3694436212实施例1其各元素的质量分数为：0.05%C，21%Cr，9.1%Mo，3.6%Nb，2.5%Fe，0.4%Al，0.2%Ti，P≤0.030%，S≤0.030%，15%WC颗粒，余量为Ni和不可避免的杂质。该金属粉末粒径为：10-100μm；流动性：17s/50g；球形度≥90%；D50=40μm。制备方法为：原材料成分合金化配比，而后进行真空熔炼镍锭，应用中频感应加热熔化镍锭，熔炼室真空度10-1-10-2Pa，采用气雾化方法制粉，喷粉气体氩气压力1.2-3.7MPa，收得粉末后进行粒度筛分。选取粒径范围为10-100um的WC粉末，与筛分后的粉末在混料机中均匀混合，即可制得用于超高速激光熔覆的颗粒增强镍基金属粉末。应用上述颗粒增强镍基金属粉末，采用超高速率激光熔覆技术，搭配不同工艺，进行表面制造及修复。对待加工零件表面进行机加工。用丙酮擦拭待加工零件表面，去除表面油脂。根据零件表面几何形状进行激光熔覆路径规划，制定工艺参数。采用超高速率激光熔覆系统对待加工零件表面进行熔覆加工，采用如下工艺参数：激光功率1~2kw，光斑直径1mm，送粉速率5~8kg/h，激光扫描速率20m~500m/min，搭接率30%~40%，单层熔覆厚度25~500μm，激光熔覆头具有氩气保护功能，氩气流量15~30L/min。目标产物中各元素的质量分数如表1中实施例1所示。实施例1的性能参数如表2所示。应用实施例1进行超高速率激光熔覆加工后表面性能如表3所示。实施例2其各元素的质量分数为：0.03%C，19.1%Cr，3.0%Mo，5.1%Nb，7.5%Fe，0.5%Al，0.9%Ti，0.2%Mn，0.2%Si，P≤0.030%，S≤0.030%，5%Al2O3粉末，5%ZrO2粉末，余量为Ni和不可避免的杂质。该金属粉末粒径为：10-100μm，流动性：17s/50g，球形度≥91%，D50=42μm。制备方法为：原材料成分合金化配比，而后进行真空熔炼镍锭，应用中频感应加热熔化镍锭，熔炼室真空度10-1-10-2Pa，采用气雾化方法制粉，喷粉气体氩气压力1.2-3.7MPa，收得粉末后进行粒度筛分。选取粒径范围为10-100um的Al2O3粉末与ZrO2粉末，与筛分后的粉末在混料机中均匀混合，即可制得用于超高速激光熔覆的颗粒增强镍基金属粉末。应用上述颗粒增强镍基金属粉末，采用超高速率激光熔覆技术，搭配不同工艺，进行表面制造及修复。对待加工零件表面进行机加工。用丙酮擦拭待加工零件表面，去除表面油脂。根据零件表面几何形状进行激光熔覆路径规划，制定工艺参数。采用超高速率激光熔覆系统对待加工零件表面进行熔覆加工，采用如下工艺参数：激光功率1~2kw，光斑直径1mm，送粉速率5~8kg/h，激光扫描速率20m~500m/min，搭接率30%~40%，单层熔覆厚度25~500μm，激光熔覆头具有氩气保护功能，氩气流量15~30L/min。目标产物中各元素的质量分数如表1中实施例2所示。实施例2的性能参数如表2所示。应用实施例2进行超高速率激光熔覆加工后表面性能如表3所示。实施例3其各元素的质量分数为：0.05%C，30%Cr，0.5%Mo，2.1%Nb，10%Fe，0.5%Al，0.5%Ti，0.5%Mn，0.6%Si，P≤0.030%，S≤0.030%，5%WC粉末和10%TiC粉末，余量为Ni和不可避免的杂质。该金属粉末粒径为：10-100μm；流动性：16s/50g；球形度≥91%；D50=43μm。制备方法为：原材料成分合金化配比，而后进行真空熔炼镍锭，应用中频感应加热熔化镍锭，熔炼室真空度10-1-10-2Pa，采用气雾化方法制粉，喷粉气体氩气压力1.2-3.7MPa，收得粉末后进行粒度筛分。选取粒径范围为10-100um的WC粉末与TiC粉末，与筛分后的粉末在混料机中均匀混合，即可制得用于超高速激光熔覆的颗粒增强镍基金属粉末。应用上述颗粒增强镍基金属粉末，采用超高速率激光熔覆技术，搭配不同工艺，进行表面制造及修复。对待加工零件表面进行机加工。用丙酮擦拭待加工零件表面，去除表面油脂。根据零件表面几何形状进行激光熔覆路径规划，制定工艺参数。采用超高速率激光熔覆系统对待加工零件表面进行熔覆加工，采用如下工艺参数：激光功率1~2kw，光斑直径1mm，送粉速率5~8kg/h，激光扫描速率20m~500m/min，搭接率30%~40%，单层熔覆厚度25~500μm，激光熔覆头具有氩气保护功能，氩气流量15~30L/min。目标产物中各元素的质量分数如表1中实施例3所示。实施例3的性能参数如表2所示。应用实施例3进行超高速率激光熔覆加工后表面性能如表3所示。与传统的激光熔覆技术相比，超高速激光熔覆工艺在原理上有显著不同，其高能束少部分能量作用在基体材料上形成较浅的熔池，而大部分能量作用在了粉末材料上，使粉末在进入熔池之前温度升至熔点并熔化，以液滴的形式滴入熔池与基体材料结合，再依靠基体自身冷却凝固。基于这一原理，超高速激光熔覆大大缩短了粉末熔化时间，从而使熔覆效率成倍提高，一般可达到传统激光熔覆的10倍以上。相应的，颗粒增强镍基金属粉末聚焦点距离基体表面可以达到0.2~2mm，该粉末经熔覆头输送汇聚后，粉斑尺寸较小，例如可以达到Φ0.5~1mm，能够适应和实现激光扫描线速度大于等于25m/min。当前第1页1 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