修复受损轴流风机叶片的激光熔覆Fe基合金粉末及修复方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于表面工程技术领域，特别设及一种沿海地区轴流风机叶片表面激光烙 覆用化基合金粉末的设计，属于表面技术和再制造技术应用工程领域。
【背景技术】
[0002] 随着表面工程技术的不断发展，激光烙覆在循环经济再制造领域中发挥的作用日 趋重要。目前，激光烙覆材料主要采用热喷涂自烙性合金粉末，易引起气孔和裂纹，专用合 金粉是激光烙覆领域的研究焦点。
[0003] 轴流风机是冶金领域高炉鼓风的必要动力装备。近十年来，随着钢铁企业的蓬勃 发展，轴流风机得到了显著发展和广泛应用，有效促进了国民经济的增长。轴流叶片是透平 设备的核屯、零部件，为满足再制造需求，采用激光烙覆技术对轴流不诱钢叶片进行修复，是 缩短检修周期、降低检修费用的有效途径之一。随着国内各大钢铁企业高炉用轴流风机检 修期的陆续到来，对叶片类核屯、部件的再制造技术提出了新挑战。开发适用的防腐耐磨激 光烙覆用粉末是此类不诱钢叶片再制造的技术难题。
[0004] 铁基金属材料采用化基烙覆合金，涂层与基体成分相近，界面结合牢固，可减少昂 贵的儀基和钻基合金的使用，降低成本。但对于沿海地区用轴流风机叶片的激光修复，采用 传统化基合金粉末已经不再适应，其技术难度表现在两方面:其一，此类机组叶片服役时需 承受弯曲应力及离屯、力的协同作用，且工作介质为高溫(-20~350°C)、含有硬质磨粒(如 Ah化、Si〇2粉尘等)及各种腐蚀性介质（如C1-，C0，S化，0)2，也S，水汽等）的工业气体，特别是 沿海地区氯离子含量高，对修复后烙覆层的耐蚀性提出更高要求，常规的Fe基合金粉末难 W满足；另一方面，为提高再制造利用率，叶片往往需大尺寸修复，传统激光烙覆Fe基粉末 常因烙覆合金不适用导致烙覆层开裂，运源于搭接区受到激光二次重烙W及后道对前道的 回火作用，使得多道烙覆层搭接区的组织明显劣化，如果能通过调控合金粉成分和比例来 调整激光烙覆层物相，可有望改变此类技术问题。如何设计并开发适用的防腐耐磨激光烙 覆用粉末是该技术的焦点和难点。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对沿海轴流风机易腐蚀工况介质提供一种不诱钢叶片表面激 光烙覆用Fe基合金粉末的配方。该配方利用￥、胖、吐、防、化等元素改善了材料的相容性，使 烙覆层合金的综合性能良好，在保证烙覆层具有适当强度和硬度的前提下，有效提高了合 金层的耐蚀性能，为沿海地区轴流风机叶片的激光修复提供了一种适用的烙覆粉末。
[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轴流风机叶片的 激光烙覆化基合金粉末，其特征在于，包括下述质量百分比的原料：
[0007] Si 1.0~1.5%;B 1.0~1.5%;V 0.3~0.5%;W 1.5~2.5%;Cr 15~17%;Fe55 ~60%;C〇 6~10%;Ni 13~15%。
[000引相应地，本发明给出了一种利用激光烙覆Fe基合金粉末修复受损轴流风机叶片的 方法，包括下述步骤：
[0009] 1)对2Crl3型不诱钢受损轴流风机叶片进行烙覆前常规预处理:去油、去诱并砂纸 打磨至表面粗糖度为Ra = 0.2μπι，最后用丙酬、酒精清洗干净；
[0010] 2)配比激光烙覆化基合金粉末:将1.0~1.5%Si;1.0~1.5%B;0.3~0.5%V;1.5 ~2.5%W;15~17%Cr;55~60%化;6~10%C〇;13~15%Ni按照质量比进行混合；
[0011] 3)采用数控激光烙覆机，W氣气为保护气，采用C〇2激光器为发射激光源，W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轴流风机叶片进行多道搭接激光烙 覆，搭接系数为0.6，烙覆层厚度为1.0mm。
[0012] 进一步，所述激光烙覆的功率为2.3~2.5KW、光斑直径为1.5~2mm、扫描速度为 2.0~3. Omm/s、送粉速度为5~8g/min。
[0013] 进一步，在叶片基体上采用激光烙覆的方式用Fe基合金粉末进行多道搭接，烙覆 合金层W奥氏体为主相，其冲击功> 27 J，硬度为280~305HV，合金层平均腐蚀速率为1.00 ~2.75g/(m2 ·h)。
[0014] 进一步，采用所述激光烙覆的方式用Fe基合金粉末在沿海地区轴流风机叶片表面 修复应用。
[0015] 本发明的有益效果如下：
[0016] 与常规化基合金粉末不同，通过调整或添加合金元素的含量设计烙覆专用Fe基合 金粉末，改善烙覆层合金的综合性能，W提高烙覆层的耐蚀能力并解决大面积多道搭接易 开裂问题。与常规化基合金粉末相比，添加适量的Cr、V元素可W细化组织晶粒，提高烙覆层 的耐蚀性及合金层的泽透性和强初性；降低适量的Si、B元素可改善烙池金属的流动性，减 少裂纹倾向性，利于Fe基合金激光烙覆层的表面成形;适量Co、W元素的引入可改善烙覆层 的耐磨性。基于此，本发明优化了上述合金元素在粉末中的配比。实验表明，采用本发明粉 末形成的烙覆层外观质量好，无开裂现象，耐蚀性显著提升，烙覆合金表现良好的综合性 能，满足沿海地区轴流风机叶片再制造修复所需要求。
【附图说明】
[0017] 图1(a)是实施例某高炉鼓风轴流风机因腐蚀失效图；
[0018] 图1(b)是采用本发明实施例再制造运行3年后(b)的叶片形貌对比图。
【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] 本发明利用激光烙覆Fe基合金粉末修复受损轴流风机叶片的方法，包括下述步 骤：
[0021 ] 1)选取2Cr 13型不诱钢为基体，加工成55mm X 10mm X 10mm的试块，试样表面去油、 去诱并用砂纸打磨至表面粗糖度为Ra = 0.2ym，并用丙酬、酒精清洗干净，进行烙覆前预处 理；
[0022] 2)配比激光烙覆用不同成分的Fe基合金粉末:Fe、Cr、Ni、Co、B、Si、W、V;Fe基合金 粉末按照下述质量百分比原料配制：
[0023] Si 1.0~1.5% ;B 1.0~1.5%;V0.3~0.5% ;W1.5~2.5% ;吐15~17%;Fe55~ 60%;C〇6 ~10%;Nil3 ~15%。
[0024] 3)采用HGレ化R5250多功能数控激光烙覆机，在氣气保护气氛下，0)2激光器为发 射激光源，采用锥形粉束同轴送粉法进行多道搭接激光烙覆，搭接系数为60%，烙覆层厚度 约为1mm。基体工艺参数为：激光功率2.3~2.5KW、光斑直径1.5~2mm、扫描速度2.0~ 3. Omm/s、送粉速度 5 ~8g/min。
[0025] 4)烙覆后进行微观结构和性能检测。
[0026] 将烙覆后的试样沿垂直于扫描方向进行线切割，用渗透法检测烙覆层表面及横断 面的裂纹，采用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱化DAX)进行微观结构表 征;基于电化学腐蚀试验、盐雾腐蚀试验、显微硬度和冲击试验评价耐蚀性和力学性能。其 中，电化学腐蚀试验条件和盐雾腐蚀试验条件见表一，盐雾腐蚀试验时间为720h。冲击试验 选用JB60型摆键式冲击试验机，按照冲击功测试要求，制备10mm X 10mm X 55mm的标准冲击 试样，并在试样上开设V型缺口。V型缺口的开设位置是平行于涂层表面而完全在涂层侧。分 别在室溫、450°C、650°C做冲击实验，每组取Ξ个试样，结果取平均值。
[0027] 表一电化学腐蚀实验腐蚀条件 [002引
[0029] 本实施方式中的试样选取与沿海地区轴流风机叶片材质相同，从W上试验结果可 W证明，采用激光烙覆的方式用Fe基合金粉末能够对沿海地区轴流风机叶片进行修复。且 表一结果证明采用该方式效果良好，其烙覆合金层的冲击功> 27 J，硬度为280~305HV，合 金层平均腐蚀速率为1.00~2.75g/(m2 · h)，比基体的耐蚀性提高1倍W上。
[0030] 下面通过具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0031] 实施例1
[0032] 在2吐13叶片用钢上采用调整配方的Fe基合金粉末进行激光烙覆。烙覆时用氣气 保护，采用HG^WR5250多功能数控激光烙覆机进行激光烙覆。工艺参数为：激光功率 2.5kW，光斑直径2.0mm，扫描速度3