一种用于修复铬钼合金的纳米强化Inconel718激光涂层性能的方法与流程

一种用于修复铬钼合金的纳米强化inconel718激光涂层性能的方法
技术领域
1.本发明涉及镍基高温合金强化领域，具体为一种用于修复铬钼合金的纳米强化inconel718激光涂层性能的方法。


背景技术：

2.镍基高温合金inconel718是一种合金的牌号，密度为8.24g/cm3，熔点达到1260～1320℃，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。镍基高温合金inconel718在很多介质中都表现出极好的耐腐蚀性。在氯化物介质中具有出色的抗点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和侵蚀的性能。
3.镍基高温合金inconel718粉末熔覆性能较好，各项性能相对于625镍基合金更佳，实际生产中广泛应用于3d打印材料，其高温下的耐磨性能极佳。但是，这种合金通常来说硬度都在380维氏硬度左右，为了进一步拓宽inconel718粉末的应用范围，研究需要找到一种有效的方法对这种粉末进行强化，使得激光熔覆层能达到硬度达到450维氏硬度左右。
4.基于上述情况，本发明提出了一种用于修复铬钼合金的纳米强化inconel718激光涂层性能的方法，可有效解决以上问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种用于修复铬钼合金的纳米强化inconel718激光涂层性能的方法，该方法可以提高inconel718镍基粉末激光熔覆层性能，并且能够适用于铬钼合金表面熔覆。
6.为了解决以上技术问题，本发明的技术方案是：
7.一种用于修复铬钼合金的纳米强化inconel718激光涂层性能的方法，包括如下步骤：
8.(1)称取inconel718镍基粉末和纳米碳化钨，作为配置强化镍基高温粉末的原料；
9.(2)采用行星球磨机，对inconel718镍基粉末和纳米碳化钨进行球磨混合，得到强化粉末；
10.(3)对所述强化粉末进行筛选，使之适用于所用的送粉设备；
11.(4)将筛选后的强化粉末干燥；并对待熔覆工件表面进行预处理；
12.(5)对经步骤(4)预处理后待熔覆工件的待熔覆面进行激光熔覆，在所述待熔覆工件的待熔覆面形成熔覆层，熔覆完成后进行精加工，得到激光熔覆工件。
13.所述的用于修复铬钼合金的纳米强化inconel718激光涂层性能的方法，步骤(1)中，inconel718镍基粉末和纳米碳化钨的粒径分别为50～150μm和50～100nm。
14.所述的用于修复铬钼合金的纳米强化inconel718激光涂层性能的方法，步骤(1)中，inconel718镍基粉末和纳米碳化钨的质量之比为95～98：2～5。
15.所述的用于修复铬钼合金的纳米强化inconel718激光涂层性能的方法，步骤(2)
中，inconel718镍基粉末和纳米碳化钨在行星球磨机的球磨罐中处于真空状态，球磨参数为200～400转/分钟，球磨时间6～10h，球料质量比5～7：1。
16.所述的用于修复铬钼合金的纳米强化inconel718激光涂层性能的方法，步骤(3)中，对强化粉末进行筛选时采用的筛网为100目筛网。
17.所述的用于修复铬钼合金的纳米强化inconel718激光涂层性能的方法，步骤(4)中，将筛选后的强化粉末干燥的参数为120℃
±
10℃条件下干燥0.5～2h。
18.所述的用于修复铬钼合金的纳米强化inconel718激光涂层性能的方法，步骤(4)中，对待熔覆工件表面进行预处理为：首先对待熔覆工件的待熔覆区域进行打磨氧化皮层处理，然后依次进行清洗、干燥。
19.所述的用于修复铬钼合金的纳米强化inconel718激光涂层性能的方法，步骤(5)中，进行精加工为采用铣床对激光熔覆部位进行精加工，以得到满足工件设计尺寸及精度要求的激光熔覆工件。
20.所述的用于修复铬钼合金的纳米强化inconel718激光涂层性能的方法，步骤(5)中，首先在待熔覆工件的待熔覆面熔覆一层纯inconel718镍基粉末进行打底，形成inconel718打底层；inconel718打底层的工艺参数为：激光功率为2200～2400w，采用氩气保护，保护气氩气流量为10～20l/min，激光扫描速度为8～12mm/s，送粉速度为8～12g/min，搭接率为45～55％。
21.所述的用于修复铬钼合金的纳米强化inconel718激光涂层性能的方法，步骤(5)中，通过调整工艺窗口对熔覆裂纹进行抑制，所使用的工艺参数为：激光功率为2200～2400w，采用氩气保护，保护气氩气流量为10～20l/min，激光扫描速度为8～12mm/s，送粉速度为14～16g/min，搭接率为45～55％。
22.本发明的设计思想是：
23.本发明针对inconel718镍基高温合金粉末性能提升以及在特殊合金上的应用，提出一种用于修复铬钼合金的纳米强化inconel718激光涂层性能的方法，通过添加纳米碳化钨颗粒，采用具有高硬度的碳化钨颗粒作为强化相，对熔覆层中晶粒起到细化而提升整体硬度(硬度从纯inconel718熔覆层的380hv
0.2
提升至450hv
0.2
以上，提高了18％以上)，利用纳米碳化钨颗粒分解后析出相在熔覆层中的马拉戈尼对流(marangoni convection)以及自带磁场的双重作用下，析出相会在熔池四周均匀分布，使得在表面出现一层耐磨层(表面高温耐磨性提高50％以上，甚至可以提高86％以上)，对熔覆层的表面性能进行提高。
24.与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
25.1、本发明的用于修复铬钼合金的纳米强化inconel718激光涂层性能的方法，通过添加纳米碳化钨颗粒，对熔覆层中晶界的生长起到促进作用，晶界粗大后使得晶粒细化而提升整体硬度，纳米碳化钨颗粒在熔覆的漂浮分解会使得在表面出现一层耐磨层；此外，采用行星球磨机对粉末进行机械合金化有助于提高纳米碳化钨颗粒的实际利用率；在平面上单道激光熔覆平均厚度为0.8mm左右，熔覆后pt探伤未发现裂纹；总之，本发明成功制备出硬度耐磨性较大并且裂纹产生的强化镍基熔覆层，得到了纳米碳化钨在inconel718合金粉末强化中的相关数据，激光熔覆工件硬度高、磨损性能优异，提高了使用性能、延长了使用寿命。并且，该强化材料也成功应用于cr5mo铬钼合金工件上。
26.2、本发明为了有效提高inconel718镍基合金激光熔覆的性能，采用纳米碳化钨颗
粒添加的方式对inconel718镍基合金粉末进行强化，针对硬度以及耐磨性提升问题，采用具有高硬度的碳化钨颗粒作为强化相，同时利用纳米碳化钨颗粒的小尺寸效应，对熔覆层的性能进行更进一步的提高。
27.3、本发明inconel718镍基粉末粒径范围根据送粉器进行调整，在所用的粒度范围内，inconel718镍基粉末具有较好的流动性能，可以减少熔覆过程中堵粉现象的发生。纳米碳化钨所选择的粒度范围必须在纳米级别，小尺寸效应才能使熔覆层中出现预先设计的强化效果。
28.4、本发明采用行星球磨机，对inconel718镍基粉末和纳米碳化钨进行球磨混合，在特定参数下对粉末进行机械合金化。由于纳米粉末与基础粉末inconel718粒径相差过大，在实际送粉过程中会出现纳米粉末漂浮流失现象，导致实际进入熔池中参与反应的纳米颗粒减少，这会降低强化效果。而机械合金化使得纳米颗粒预先嵌入inconel718颗粒表面，不仅保证了进入熔池中的纳米颗粒数量，也保证了纳米颗粒强化相在整个粉末体系中的分布均匀性。
29.5、本发明将筛选后的强化粉末干燥的参数为120℃条件下干燥0.5h，干燥效果好，干燥效率较高，对所述强化粉末无破坏性，有效防止了后续熔覆过程中出现较大的气孔等缺陷，保证了最终产品的质量。
30.6、本发明采用100目筛网对所述强化粉末进行筛选，有效保证了所述强化粉末在送粉过程中的流畅性，有效防止了堵塞。
31.7、对于部分基材可以采用预热后调控激光熔覆工艺，抑制熔覆层开裂，焊后通过精密机加的方法使工件恢复至设计尺寸。
附图说明
32.图1为cr5mo加氢裂化加热炉管道表面处理后形貌。
33.图2为inconel718镍基粉末和纳米碳化钨强化粉末熔覆激光第二层示意图。
34.图3为inconel718镍基粉末和纳米碳化钨强化粉末熔覆层内部显微组织图。
具体实施方式
35.在具体实施过程中，本发明用于修复铬钼合金的纳米强化inconel718激光涂层性能的方法，包括如下步骤：(1)选用inconel718镍基粉末和纳米碳化钨作为配置强化粉末的原料；(2)对inconel718镍基粉末和纳米碳化钨进行球磨混合并且进行筛选；(3)将筛选后的强化粉末干燥，并对待熔覆工件表面进行打磨和清洗等预处理；(4)对所述待熔覆工件的待熔覆面进行激光熔覆，完成后进行精加工。
36.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是不能理解为对本专利的限制。
37.下述实施例中所述试验方法或测试方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制备。
38.实施例1：
39.本实施例中，用于修复铬钼合金的纳米强化inconel718激光涂层性能的方法，包括如下步骤：
40.(1)称取inconel718镍基粉末和纳米碳化钨，作为配置强化粉末的原料；
41.步骤(1)中，inconel718镍基粉末和纳米碳化钨的粒径分别为90～150μm和50～90nm，inconel718镍基粉末和纳米碳化钨的质量之比为98：2。
42.本实施例中，严格按照纳米碳化钨2％的重量比进行配粉。加入的纳米碳化钨受热部分分解，会产生由几种强化相所组成的共晶体，在纳米碳化钨添加量为2％的重量比时，熔覆层在保证具有较好的力学性能下，能够减少缺陷产生。而当纳米碳化钨添加量超过2％的重量比时，熔覆层由于缺陷增加，裂纹敏感性提升，容易在熔覆过程中发生开裂。
43.(2)采用行星球磨机，对inconel718镍基粉末和纳米碳化钨进行球磨混合，得到强化粉末；
44.步骤(2)中，inconel718镍基粉末和纳米碳化钨在行星球磨机的球磨罐中处于真空状态，球磨参数为：300转/分钟，球磨时间8h，球料质量比6：1，这个过程中纳米碳化钨颗粒会以机械合金化的形式嵌入inconel718镍基粉末颗粒表面。
45.(3)对所述强化粉末进行筛选，使之适用于所用的送粉设备；
46.步骤(3)中，对所述强化粉末进行筛选时，采用的筛网为100目筛网。
47.(4)将筛选后的强化粉末干燥，并对待熔覆工件表面进行预处理；
48.步骤(4)中，将筛选后的强化粉末干燥的参数为120℃条件下干燥0.5h，这样干燥效果好，干燥效率较高，对所述强化粉末无破坏性，有效防止了后续熔覆过程中出现较大的气孔等缺陷，保证了最终产品的质量。
49.步骤(4)中，对待熔覆工件表面进行预处理为：首先对待熔覆工件表面进行预处理为对待熔覆工件的待熔覆区域进行打磨氧化皮层处理，然后依次进行清洗、干燥，待熔覆工件为cr5mo加氢裂化加热炉管道。
50.(5)对经步骤(4)预处理后待熔覆工件的待熔覆面进行激光熔覆，在所述待熔覆工件的待熔覆面形成熔覆层，熔覆完成后进行精加工，得到激光熔覆工件。
51.步骤(5)中，所述进行精加工为采用铣床对激光熔覆部位进行精加工，以得到满足工件设计尺寸及精度要求的激光熔覆工件。
52.步骤(5)中，对经步骤(4)预处理后的待熔覆工件的待熔覆面进行激光熔覆具体为：
53.首先在所述待熔覆工件的待熔覆面熔覆一层纯inconel718镍基粉末进行打底，形成inconel718打底层，其厚度为1mm；inconel718打底层的工艺参数为：激光功率为2200w，采用氩气保护，保护气氩气流量为15l/min，激光扫描速度为10mm/s，送粉速度为10g/min，搭接率为50％；
54.然后在inconel718打底层表面进行强化粉末激光熔覆第二层(图2)，其厚度为1.5mm，并通过工艺窗口抑制熔覆裂纹的产生；
55.通过调整工艺窗口对熔覆裂纹进行抑制，所使用的工艺参数为：激光功率为2200w，采用氩气保护，保护气氩气流量为15l/min，激光扫描速度为10mm/s，送粉速度为15g/min，搭接率为50％。
56.本实施例采用上述工艺窗口，成功的抑制了熔覆层裂纹的产生，使得工件修复区域性能提升，并且未出现较为严重的变形，符合生产需求，若工艺窗口控制不好，可能出现较为严重的变形，不符合生产需求。
57.经测试发现：本实施例中得到的激光熔覆工件的熔覆层平均厚度为1.28mm；激光熔覆工件表面(即熔覆层)pt探伤未发现裂纹；激光熔覆工件表面(即熔覆层)硬度从纯inconel718熔覆层(对比例1，使用纯inconel718镍基粉末，其他与实施例1相同)的380hv
0.2
提升至450hv
0.2
，提高了18％；表面高温耐磨性提高50％。
58.如图1所示，cr5mo加氢裂化加热炉管道表面处理后形貌。如图3所示，inconel718镍基粉末和纳米碳化钨强化粉末熔覆层内部显微组织图。由图1、图3可以看出，熔覆层表面和内部显微组织显示无明显缺陷。
59.实施例2：
60.本实施例中，用于修复铬钼合金的纳米强化inconel718激光涂层性能的方法，包括如下步骤：
61.(1)称取inconel718镍基粉末和纳米碳化钨，作为配置强化粉末的原料；
62.步骤(1)中，inconel718镍基粉末和纳米碳化钨的粒径分别为90～150μm和50～90nm，inconel718镍基粉末和纳米碳化钨的质量之比为98：2。
63.本实施例中，严格按照纳米碳化钨2％的重量比进行配粉。加入的纳米碳化钨受热部分分解，会产生由几种强化相所组成的共晶体，在纳米碳化钨添加量为2％的重量比时，熔覆层在保证具有较好的力学性能下，能够减少缺陷产生。而当纳米碳化钨添加量超过2％的重量比时，熔覆层由于缺陷增加，裂纹敏感性提升，容易在熔覆过程中发生开裂。
64.(2)采用行星球磨机，对inconel718镍基粉末和纳米碳化钨进行球磨混合，得到强化粉末；
65.步骤(2)中，inconel718镍基粉末和纳米碳化钨在行星球磨机的球磨罐中处于真空状态，球磨参数为：300转/分钟，球磨时间8h，球料质量比6：1，这个过程中纳米碳化钨颗粒会以机械合金化的形式嵌入inconel718镍基粉末颗粒表面。
66.(3)对所述强化粉末进行筛选，使之适用于所用的送粉设备；
67.步骤(3)中，对所述强化粉末进行筛选时，采用的筛网为100目筛网。
68.(4)将筛选后的强化粉末干燥；并对待熔覆工件表面进行预处理；
69.步骤(4)中，将筛选后的强化粉末干燥的参数为120℃条件下干燥1h，这样干燥效果好，干燥效率较高，对所述强化粉末无破坏性，有效防止了后续熔覆过程中出现较大的气孔等缺陷，保证了最终产品的质量。
70.步骤(4)中，对待熔覆工件表面进行预处理为：首先对待熔覆工件的待熔覆区域进行打磨氧化皮层处理，然后依次进行清洗、干燥；待熔覆工件为直径33mm的2cr13轴，2cr13对应标准牌号：gb/t1220-2007。
71.(5)对经步骤(4)预处理后待熔覆工件的待熔覆面进行激光熔覆，在所述待熔覆工件的待熔覆面形成熔覆层，熔覆完成后进行精加工，得到激光熔覆工件。
72.步骤(5)中，所述进行精加工为采用铣床对激光熔覆部位进行精加工，以得到满足工件设计尺寸及精度要求的激光熔覆工件。
73.步骤(5)中，对经步骤(4)预处理后的待熔覆工件的待熔覆面进行激光熔覆时，进行强化粉末激光熔覆两层，熔覆层总厚度1.15mm，并通过工艺窗口抑制熔覆裂纹的产生；
74.通过调整工艺窗口对熔覆裂纹进行抑制，所使用的工艺参数为：激光功率为2400w，采用氩气保护，保护气氩气流量为15l/min，激光扫描速度为10mm/s，送粉速度为
15g/min，搭接率为50％。
75.本实施例采用上述工艺窗口，成功的抑制了熔覆层裂纹的产生，使得工件修复区域性能提升，并且未出现较为严重的变形，符合生产需求，若工艺窗口控制不好，可能出现较为严重的变形，不符合生产需求。
76.经测试发现：本实施例中得到的激光熔覆工件的熔覆层平均厚度为1.15mm；激光熔覆工件表面(即熔覆层)pt探伤未发现裂纹；激光熔覆工件表面(即熔覆层)硬度从纯inconel718熔覆层(对比例2，使用纯inconel718镍基粉末，其他与实施例2相同)的380hv
0.2
提升至450hv
0.2
，提高了18％以上；表面高温耐磨性提高53％。
77.实施例3：
78.本实施例中，用于修复铬钼合金的纳米强化inconel718激光涂层性能的方法，包括如下步骤：
79.(1)称取inconel718镍基粉末和纳米碳化钨，作为配置强化粉末的原料；
80.步骤(1)中，inconel718镍基粉末和纳米碳化钨的粒径分别为90～150μm和50～90nm，inconel718镍基粉末和纳米碳化钨的质量之比为98：2。
81.本实施例中，严格按照纳米碳化钨2％的重量比进行配粉。加入的纳米碳化钨受热部分分解，会产生由几种强化相所组成的共晶体，在纳米碳化钨添加量为2％的重量比时，熔覆层在保证具有较好的力学性能下，能够减少缺陷产生。而当纳米碳化钨添加量超过2％的重量比时，熔覆层由于缺陷增加，裂纹敏感性提升，容易在熔覆过程中发生开裂。
82.(2)采用行星球磨机，对inconel718镍基粉末和纳米碳化钨进行球磨混合，得到强化粉末；
83.步骤(2)中，inconel718镍基粉末和纳米碳化钨在所述行星球磨机的球磨罐中处于真空状态，球磨参数为：300转/分钟，球磨时间8h，球料质量比6：1，这个过程中纳米碳化钨颗粒会以机械合金化的形式嵌入inconel718镍基粉末颗粒表面。
84.(3)对所述强化粉末进行筛选，使之适用于所用的送粉设备；
85.步骤(3)中，对所述强化粉末进行筛选时采用的筛网为100目筛网。
86.(4)将筛选后的强化粉末干燥；并对待熔覆工件表面进行预处理；
87.步骤(4)中，将筛选后的强化粉末干燥的参数为120℃条件下干燥0.5h，这样干燥效果好，干燥效率较高，对所述强化粉末无破坏性，有效防止了后续熔覆过程中出现较大的气孔等缺陷，保证了最终产品的质量。
88.步骤(4)中，对待熔覆工件表面进行预处理为：首先对待熔覆工件表面进行预处理为对待熔覆工件的待熔覆区域进行打磨氧化皮层处理，然后依次进行清洗、干燥。待熔覆工件为直径200mm，单边厚度15mm的2205双相不锈钢管道，2205双相不锈钢对应标准牌号：00cr22ni5mo3n。
89.(5)对经步骤(4)预处理后待熔覆工件的待熔覆面进行激光熔覆，在所述待熔覆工件的待熔覆面形成熔覆层，熔覆完成后进行精加工，得到激光熔覆工件。
90.步骤(5)中，所述进行精加工为采用铣床对激光熔覆部位进行精加工，以得到满足工件设计尺寸及精度要求的激光熔覆工件。
91.步骤(5)中，对经步骤(4)预处理后的待熔覆工件的待熔覆面进行激光熔覆时，进行强化粉末激光熔覆两层，熔覆层总厚度1.15mm，并通过工艺窗口抑制熔覆裂纹的产生；
92.通过调整工艺窗口对熔覆裂纹进行抑制，所使用的工艺参数为：激光功率为2200w，采用氩气保护，保护气氩气流量为15l/min，激光扫描速度为10mm/s，送粉速度为15g/min，搭接率为50％。
93.本实施例采用上述工艺窗口，成功的抑制了熔覆层裂纹的产生，使得工件修复区域性能提升，并且未出现较为严重的变形，符合生产需求，若工艺窗口控制不好，可能出现较为严重的变形，不符合生产需求。
94.经测试发现：本实施例中得到的激光熔覆工件的熔覆层平均厚度为1.15mm；激光熔覆工件表面(即熔覆层)pt探伤未发现裂纹；激光熔覆工件表面(即熔覆层)硬度从纯inconel718熔覆层(对比例3，使用纯inconel718镍基粉末，其他与实施例3相同)的380hv
0.2
提升至450hv
0.2
，提高了18以上％；表面高温耐磨性提高50.2％。
95.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对
96.+本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。