一种抗超高温焰蚀的镍基合金及其激光熔覆工艺的制作方法

本发明属于激光熔覆领域，尤其涉及一种抗超高温焰蚀的镍基合金及其激光熔覆工艺。

背景技术：

1、激光表面熔覆技术已广泛应用于零件表面防护和成分改良，以提高其耐磨性、抗腐蚀性、抗氧化性等性能，是改良材料表面性能的一种有效的手段，它利用激光光源的高能量，将特定的合金粉末与基材表面形成一复杂的物理化学过程和快速凝固过程，在基材表面形成结合致密的冶金涂层。在激光熔覆过程中，涂层材料和微量的基体材料产生熔化，形成特有的快速熔化、冶金反应及凝固的过程。在防高温氧化、防高温腐蚀、防高温耐磨等激光熔覆体现了特有的优势。

2、目前，用于激光熔覆技术的粉末主要有铁基不锈钢、钴基合金、镍基合金等，但现有材料主要存在的局限性如下：(1)熔覆层的相变温度点较低，在超高温如1280℃以上的环境中使用寿命低；(2)抗高温腐蚀、氧化元素过高导致激光熔覆层易开裂。

技术实现思路

1、基于上述技术问题，本发明提供了一种抗超高温焰蚀的镍基合金，采用该镍基合金通过激光熔覆工艺，能够制备得到抗超高温焰蚀的防护涂层，以解决超高温氧化腐蚀以及熔覆层开裂的问题。

2、本发明具体方案如下：

3、本发明目的之一在于，提供了一种抗超高温焰蚀的镍基合金，按照重量百分比包括如下组分：c≤0.05％，cr42-65％，si 1.0-2.0％，b 1.8-3.0％，ni 30-55％。

4、优选地，按照重量百分比还包括：nb 0.1-0.5％。

5、优选地，按照重量百分比包括如下组分：c≤0.05％，cr42-65％，si 1.0-2.0％，b1.8-3.0％，nb 0.1-0.5％，余量为ni以及不可避免的杂质。

6、优选地，按照重量百分比包括如下组分：c＜0.05％，cr 50-65％，si 1.2-1.6％，b2.3-2.5％，nb 0.1-0.5％，余量为ni以及不可避免的杂质。

7、优选地，所述不可避免的杂质为fe。更优选地，fe＜0.6％。

8、本发明通过组分以及含量的设计，使得采用该镍基合金粉末熔覆得到的熔覆层，既能够抗超高温焰蚀，又能避免熔覆层的开裂，各个组分作用具体如下：

9、(1)cr含量在42-65％，cr和ni形成合金组织，其固相线温度高于1350℃；当42％≤cr＜50％，组织由α+γ相转变成γ相，高于700℃相变就会进行，相变温度远低于1288℃(本发明材料的使用温度)，因此，在高温环境中使用，其相变会降低其抗氧化性能，应用温度应不高于1100℃；当50％≤cr≤65％，相变温度提高到1300℃，在超高温工况下的抗氧化、抗烧蚀性能大幅提高；

10、(2)cr含量的增加有利于提高熔覆层的抗高温腐蚀性能，但同时也会导致激光熔覆层易开裂、熔覆层韧性差在反复冷热过程中熔覆层剥落、熔覆层成型性能不好等问题。特别是，当cr含量在本发明范围内且c＞0.05％，在激光熔覆过程中易于形成碳化铬，导致熔覆层开裂；为了避免高cr含量导致的开裂，提高镍基合金的抗开裂性能，需要控制c≤0.05％；

11、(3)在镍基合金体系中同时加入si和b，两者配合起到助熔、脱氧和造渣的作用，有利于熔覆层的成型及降低气孔；

12、(4)本发明中ni的作用，除了cr形成合金相，另一方面能够增加涂层的润湿性，提高熔覆层的润湿角，并提高熔覆层表面的光滑程度和亮度。

13、优选方案中，在所述镍基合金中加入一定量的nb，能进一步提高熔覆层抗氧化的作用，获得更高的使用温度。

14、本发明目的之二在于，还提供了一种激光熔覆工艺，以上述任一项抗超高温焰蚀的镍基合金粉末作为熔覆材料。

15、优选地，在保护气氛下进行激光熔覆，所述保护气氛为氩气与氢气混合气。

16、优选地，保护气氛包括，95-99wt％氩气，余量为氢气。更优选地，保护气氛为98wt％氩气和2wt％氢气。

17、采用本发明所述镍基合金粉末进行激光熔覆时，采用氩气和氢气的混合气，氢气能够避免cr在激光熔覆时候形成的氧化铬掺杂而导致的熔覆层开裂。

18、优选地，激光熔覆时，激光功率为1500-1600w，激光头为圆形光斑，光斑直径≤0.2mm。激光功率太低熔覆层熔化不充分与基体的结合强度低，功率太高熔覆层成型不良。

19、优选地，镍基合金粉末的粒径为53-150μm。对于镍基合金粉末的制备方法不作限定，包括但不限于雾化法。

20、本发明有益效果为：

21、本发明提供了一种镍基合金，所述合金组成简单，合金元素较少，有利于降低熔炼难度，并且在保证其抗超高温性能的同时，避免cr含量较高所带来的激光熔覆时开裂的问题，在所述激光熔覆工艺下，得到成分分布均匀、无裂纹、无宏观气孔的抗超高温焰蚀熔覆层。

技术特征：

1.一种抗超高温焰蚀的镍基合金，其特征在于，按照重量百分比包括如下组分：c≤0.05％，cr42-65％，si 1.0-2.0％，b 1.8-3.0％，ni 30-55％。

2.根据权利要求1所述的抗超高温焰蚀的镍基合金，其特征在于，按照重量百分比还包括：nb 0.1-0.5％。

3.根据权利要求1或2所述的抗超高温焰蚀的镍基合金，其特征在于，按照重量百分比包括如下组分：c≤0.05％，cr42-65％，si 1.0-2.0％，b 1.8-3.0％，nb 0.1-0.5％，余量为ni以及不可避免的杂质。

4.根据权利要求3所述的抗超高温焰蚀的镍基合金，其特征在于，按照重量百分比包括如下组分：c＜0.05％，cr 50-65％，si 1.2-1.6％，b 2.3-2.5％，nb0.1-0.5％，余量为ni以及不可避免的杂质。

5.根据权利要求1-4任一项所述的抗超高温焰蚀的镍基合金，其特征在于，所述不可避免的杂质为fe；fe＜0.6％。

6.一种激光熔覆工艺，其特征在于，以权利要求1-5任一项抗超高温焰蚀的镍基合金粉末作为熔覆材料。

7.根据权利要求6所述的激光熔覆工艺，其特征在于，在保护气氛下进行激光熔覆，所述保护气氛为氩气与氢气混合气。

8.根据权利要求7所述的激光熔覆工艺，其特征在于，保护气氛包括，95-99wt％氩气，余量为氢气；优选地，保护气氛为98wt％氩气和2wt％氢气。

9.根据权利要求6-8任一项所述的激光熔覆工艺，其特征在于，激光熔覆时，激光功率为1500-1600w，激光头为圆形光斑，光斑直径≤0.2mm。

10.根据权利要求6-8任一项所述的激光熔覆工艺，其特征在于，镍基合金粉末的粒径为53-150μm。

技术总结
本发明公开了一种抗超高温焰蚀的镍基合金，按照重量百分比包括如下组分：C≤0.05％，Cr 42‑65％，Si 1.0‑2.0％，B 1.8‑3.0％，Ni 30‑55％。还公开了一种激光熔覆工艺，以所述抗超高温焰蚀的镍基合金粉末作为熔覆材料。采用该镍基合金通过激光熔覆工艺，能够制备得到抗超高温焰蚀的防护涂层，以解决超高温氧化腐蚀以及熔覆层开裂的问题。

技术研发人员：王德伟,庞德禹,黄仲佳,王德奎
受保护的技术使用者：芜湖点金机电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22