修复受损鼓风机叶片的激光熔覆镍基合金粉末及修复方法技术

技术编号:14556512 阅读:122 留言:0更新日期:2017-02-05 10:51
本发明专利技术公开了一种修复受损鼓风机叶片的激光熔覆镍基合金粉末及修复方法,包括质量百分比的原料:Cr 12.0~18.0%;Ni 40~47%;W 1.0~3.0%;Mo 2.0~4.0%;Fe 30.0~40.0%;Co 2.0~4.0%。修复方法包括:首先对受损鼓风机叶片进行熔覆前预处理;采用数控激光熔覆机,以氩气气氛下,采用CO2激光器为发射激光源,以及锥形粉束同轴送粉方式,将配制的混合粉体对受损鼓风机叶片进行多道搭接激光熔覆。本发明专利技术创新采用Co和Cr两种元素稳定主相,添加W和Mo提高韧性和耐冲蚀性,减少熔覆层多道搭接时开裂现象。本发明专利技术的设计简单合理,在保证轴流风机叶轮修复质量的前提下,能有效的提高叶轮表面的抗冲刷腐蚀能力,为延长风机的使用寿命提供了一种高性能、高可靠性的熔覆粉末材料。

Laser Cladding Nickel base alloy powder for repairing damaged blower blade and repairing method thereof

The invention discloses a method for repairing damaged blower blade by Laser Cladding Ni based alloy powder and method of repair, including the quality of raw materials in percentage: Cr 12 ~ 18%; Ni 40 ~ 47%; W 1 ~ 3%; Mo 2 ~ 4%; Fe 30 ~ 40%; Co 2 ~ 4%. The repair method comprises the following steps: firstly damaged blower vane pretreatment before cladding by laser cladding; NC machine, in argon atmosphere, using CO2 laser as the laser source, and cone beam coaxial powder powder, mixed powder prepared by multi pass laser cladding on the damaged leaf blower. The invention uses two elements of Co and Cr to stabilize the main phase, adding W and Mo to improve the toughness and erosion resistance, and to reduce the phenomenon of multiple cracks in the cladding layer. The design of the invention is simple and reasonable, in the premise of ensuring the axial fan impeller repair quality, can effectively improve the anti erosion ability of the impeller surface, provides the cladding powder material with high performance and high reliability for prolonging the service life of the fan.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械设备表面再制造
,更具体的涉及一种运用激光熔覆技术提升叶轮叶片表面抗冲刷腐蚀性能的镍基合金熔覆粉末的设计,属于表面工程与再制造

技术介绍
在石油和冶金领域中,大型鼓风机是必备的动力设备之一。风机在服役期间,其主轴、叶轮、叶片等核心零部件易受到Al2O3、SiO2等固体颗粒的冲刷及H2S、SO2、CO2、CO等化学物质的腐蚀,使得零部件表面极易发生磨损,最终导致失效。目前,解决此问题的途径有两种,其一是在制造新产品时采用2Cr13、0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢等材料制备叶轮及叶片,并利用离子渗氮技术进行表面强化处理,但效果有限,不能有效地抵抗工作环境下高强度的冲刷腐蚀;另一种途径是利用激光熔覆技术对已破损的机械零部件进行表面修复,同时通过在熔覆粉末中掺杂Ni、Co、W、Mo等金属元素以提高产品表面的抗腐蚀性能,该方法能显著提高产品的使用寿命,同时可以减少材料损耗、降低成本,也符合国家倡导的节能环保、绿色制造的发展理念。针对叶轮常用材料马氏体不锈钢Fv520B,激光熔覆时要求熔覆粉末具有较高的硬度,目前可适用的熔覆粉末主要有Fe基合金、Co基合金和Ni基合金。其中,Fe基合金粉末与基体成分相近,可以显著提高熔覆层与基体的界面结合力,但Fe基合金粉末的抗腐蚀性能较差,难以满足复杂工况的要求;Co基合金粉末相对于铁基合金粉末来说,可以有效的提高叶轮表面的抗腐蚀性能,但熔覆层<br>的硬度明显降低,且熔覆层表面的平整度不高;Ni基合金粉末相对于Fe基和Co基两种合金粉末来说,虽然成本最高,但抗腐蚀性能最好,且熔覆层的硬度最高。因此,为了提高叶轮抗冲刷腐蚀性能,采用Ni基粉末最为适宜,但Ni基粉末极易导致熔覆层产生裂纹,若能通过调整合金粉末的成分和比例以及熔覆工艺,可有望抑制熔覆层裂纹的产生。基于此,如何设计并开发适用于叶轮抗冲刷腐蚀的激光熔覆镍基合金粉末具有重大的研究意义和使用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对Fv520B不锈钢叶轮叶片提供一种抗冲刷腐蚀的激光熔覆镍基合金粉末配方。该配方以Ni元素为主,并利用Fe、Cr、Mo、W、Co等元素改善基材和熔覆层材料的相容性,使熔覆层具有较强的硬度和强度,并有效的提高熔覆层表面的耐腐蚀性能,为轴流风机叶轮的激光熔覆修复提供一种可行的熔覆粉末。为达到上述目的,根据本专利技术的实施例提供的一种用于修复受损鼓风机叶片的激光熔覆镍基合金粉末,其特征在于,包括下述质量百分比的原料:Cr12.0~18.0%;Ni40~47%;W1.0~3.0%;Mo2.0~4.0%;Fe30.0~40.0%;Co2.0~4.0%。相应地,本专利技术给出了一种利用激光熔覆镍基合金粉末修复受损鼓风机叶片的方法,该方法包括下述步骤:1)对Fv520B型不锈钢受损鼓风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;2)配比激光熔覆镍基合金粉末:将Cr、Ni、W、Mo、Fe、Co按照质量比进行混合;3)采用数控激光熔覆机,以氩气为保护气,采用CO2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鼓风机叶片进行多道搭接激光熔覆,搭接系数为0.6,熔覆层厚度为1.0mm。进一步,所述步骤2)中,激光熔覆镍基合金粉末按照下述质量百分比原料配制:Cr12.0~18.0%;Ni40~47%;W1.0~3.0%;Mo2.0~4.0%;Fe30.0~40.0%;Co2.0~4.0%。进一步,所述激光熔覆的功率为2.5~3.5KW、光斑直径为3.0~4.0mm、扫描速度为3.0~5.0mm/s、送粉速度为8.0~11.0g/min。进一步,在叶片基材上采用镍基合金粉末进行激光熔覆多道搭接,在熔覆层形成奥氏体主相,其韧性为283~298HV,室温下冲击功AkV为10.6~12.7J,600℃的AkV为12.7~16.4J;电化学试验腐蚀电位和腐蚀电流分别为-0.0468~0.172V和2.32×10-7~2.83×10-7A/cm3;盐雾腐蚀环境下熔覆层出现锈斑的时间为162~171h。进一步,采用所述激光熔覆的方式用镍基合金粉末进行搭接在稿强度冲刷腐蚀叶片表面应用。本专利技术的有益效果如下:本专利技术所设计的Ni基合金熔覆粉末Ni元素为主,并添加了Cr、Fe、Mo、W和Co等元素。其中添加Cr和Mo元素可以提高熔覆合金层的强度和硬度;添加适量Co、W元素可以提高熔覆合金的润湿性及耐磨性;添加Fe元素,可以增强基材和熔覆层材料的相容性;添加W和Mo提高韧性和耐冲蚀性,减少熔覆层多道搭接时开裂现象。实验表明,此Ni基合金粉末形成的熔覆层力学和防腐性能强,可显著提升Fv520B不锈钢叶轮的抗冲刷腐蚀性能。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。本专利技术利用激光熔覆镍基合金粉末修复受损鼓风机叶片的方法,包括下述步骤:1)选取Fv520B型不锈钢为基体,加工成70mm×40mm×10mm的试块,试样表面去油、去锈,并用砂纸打磨至表面粗糙度为Ra=0.2μm,然后用丙酮、酒精在超声波清洗中清洗干净,进行熔覆前预处理;2)配比激光熔覆用不同成分的Ni基合金粉末:将Cr、Ni、W、Mo、Fe、Co按照质量比进行混合;激光熔覆镍基合金粉末按照下述质量百分比原料配制:12.0~18.0%Cr、40~47%Ni、1.0~3.0%W、2.0~4.0%Mo、30.0~40.0%Fe、2.0~4.0%Co。3)采用HGL-JKR5250多功能数控激光熔覆机,在氩气保护气氛下,CO2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熔覆,搭接系数为60%,熔覆层厚度约为1mm。基体工艺参数为:激光功率2.5kW,光斑直径3mm,扫描速度3mm/s,送粉速度10g/mm。4)熔覆后进行微观结构和性能检测。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,微观结构表征采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、金相显微镜、能谱(EDAX);耐蚀性和力学性能采用盐雾腐蚀试验、电化学腐蚀试验、显微硬度和冲击试验进行评价,其中,盐雾腐蚀试验(时间480h)和电化学腐蚀试验条件如表一所示。表一腐蚀实验腐蚀条件本实施方式中的试样选取与大型鼓风机叶片材质相同,从本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种用于修复受损鼓风机叶片的激光熔覆镍基合金粉末,其特征在于,包括下述质量百分比的原料:Cr 12.0~18.0%;Ni 40~47%;W 1.0~3.0%;Mo 2.0~4.0%;Fe 30.0~40.0%;Co 2.0~4.0%。

【技术特征摘要】
1.一种用于修复受损鼓风机叶片的激光熔覆镍基合金粉末,其特征在于,
包括下述质量百分比的原料:
Cr12.0~18.0%;Ni40~47%;W1.0~3.0%;Mo2.0~4.0%;Fe30.0~
40.0%;Co2.0~4.0%。
2.一种利用激光熔覆镍基合金粉末修复受损鼓风机叶片的方法,其特征在
于,该方法包括下述步骤:
1)对Fv520B型不锈钢受损鼓风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;
2)配比激光熔覆镍基合金粉末:将12.0~18.0%Cr、40~47%Ni、1.0~
3.0%W、2.0~4.0%Mo、30.0~40.0%Fe、2.0~4.0%Co按照质量比进行混合;
3)采用数控激光熔覆机,以氩气为保护气,采用CO2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鼓风机叶片进行
多道搭接激光熔覆,搭接系数为0.6,熔覆层厚度为1.0mm。
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【专利技术属性】
技术研发人员:付福兴徐可为戴君畅庚榕刘明霞何斌峰
申请(专利权)人:西安文理学院
类型:发明
国别省市:陕西;61

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