镍硅钛-碳化钨复合涂层材料及其制备方法技术

激光熔覆用镍硅钛－碳化钨复合涂层材料及其制备方法，其目的是在镍基高温合金基体上激光熔覆制备Ｎｉ↓［３］（Ｓｉ，Ｔｉ）金属间化合物、Ｎｉ基固溶体、ＴｉＣ包覆ＷＣ陶瓷组成的复合涂层；涂层材料主要包含Ｎｉ、Ｓｉ、Ｔｉ和ＷＣ四种粉末，以重量百分比计：ＷＣ为８％～２０％，余量为Ｎｉ７８Ｓｉ１３Ｔｉ９；其制备方法采用激光进行熔覆的工艺参数为：输出功率１２００－１５００Ｗ，扫描速度４－８ｍｍ／ｓ，光斑直径４ｍｍ，熔覆时保护气体为Ａｒ气，熔覆基体材料为镍基高温合金，其步骤为：按上述配比，将涂层材料混合均匀，预先涂敷或热喷涂在镍基高温合金基体表面０．８～１．０ｍｍ；激光多层多道扫描熔覆，每道搭接１．８ｍｍ，可获得不同厚度的熔覆层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种激光熔覆用镍硅钛-碳化锡复合涂层材料及其制备方法，特 别是提供了一种同时包含外加陶瓷相和原位生成陶瓷相复合增强的镍三硅钛金 属间化合物涂层材料及其激光熔覆制备方法，属于金属间化合物基复合材料的 合成及涂层制备领域。技术背景金属间化合物NJ3Si具有强度-温度异常效应，中温强度高、抗蚀性优良，在 酸性溶液、氧化性腐蚀介质、海水、氨水等多种介质中均具有优异的耐腐蚀性 能，可釆用Ti元素对其进一步合金化以改善其性能(T. Takasugi, M.Nagashima，Acta Metallurgies, 1990， v 38， n 5， p 747-755 )。尽管作为整体结构材料使用， Ni3Si仍存在室温軔性不足的问题，但其高温抗氧化和耐蚀性的优异性能,使其具 备作为耐蚀涂层的使用条件。WC陶瓷具有优越的高温性能和磨损性能，是硬质合金和热喷涂材料中的主 要增强相。作为增强相，由于WC难于原位生成，故其加入方式为外加法，即 直接加入WC陶瓷颗粒(中国专利技术专利CN-1456707A)。但直接加入的WC陶 瓷颗粒在外力作用下易剥落，导致复合材料性能的下降。金属钛具有极强的活 性，易与熔化的碳化物陶瓷反应生成TiC(丄A.Folkes， K.Shibata, Laser cladding of Ti画6AI"4V with various carbide powders, Journal of Laser Applications, v 6， n2， 1994, p 88-94)。烟气轮机是石化行业炼油厂用于催化装置能量回收机组的大型转动设备， 其关键部件叶片(GH864)长期工作在高温(70(TC左右)、高速(6000r/min) 和烟气流的环境下，工作条件较为苛刻。激光熔覆技术在提高烟气轮机叶片使 用可靠性方面具有广阔的应用前景(L. Sh印eleva， B. Medres， W. D. Kaplan, M. Bamberger and A. Weisheit, Laser cladding of turbine blades , Surface and Coatings Technology, 2000, v 125， n 1-3, p 45-48 )。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种镍三硅钛金属间化合物涂层材料及其制备方 法，以解决因外加陶瓷剥落导致复合材料性能的下降的问题，将激光熔覆与原 位合成技术的优点有机地结合在一起，在镍基高温合金基体上激光熔覆制备Ni3 (Si，Ti)金属间化合物、Ni基固溶体、TiC包覆WC陶瓷组成的复合涂层。本专利技术是一种激光熔覆用镍硅钛-碳化钨复合涂层材料，涂层材料主要包含 Ni、 Si、 Ti和WC四种粉末，其化学成分以重量百分比计WC为8%~20%,余 量为Ni78Si13Ti9。以上所述的镍硅钛-碳化钨复合涂层材料，Ni78Si13Ti9为按原子百分比进 行配比的Ni粉、Si粉和Ti粉。以上所述的镍硅钛-碳化钨复合涂层材料，还可加入5ppm的B粉进行合金 化，以抑制涂层的脆性。以上所述的镍硅钛-碳化钨复合涂层，主要组成相为Ni3(Si,Ti)金属间化合 物、Ni基固溶体、TiC包覆WC陶瓷相。镍硅钛-碳化锡复合涂层材料的制备方法，釆用激光进行熔覆的工艺参数为 输出功率1200-1500W,扫描速度4-8mm/s，光斑直径4mm,熔覆时保护气体 为Ar气，熔覆基体材料为镍基高温合金，其步骤如下(1)按以上所述配比，将涂层材料混合均勾，预先涂敷或热喷涂在镍基高 温合金基体表面0.8~1.0mm;(3)激光多层多道扫描熔覆，每道搭接1.8mm,可获得不同厚度的熔覆层。本专利技术在GH864镍基高温合金预置以上所述的涂层材料，釆用激光工艺对 预置粉末进行熔覆，WC陶瓷部分熔化并与涂层材料中的熔融钛发生反应，原位 生成TiC陶瓷；未反应的Ti将固溶于Ni3Si和Ni中，形成Nis(Si,Ti)金属间化合 物和镍基固溶体。本专利技术的有益之处在于陶瓷相与金属间化合物间界面结合良好；熔覆层 硬度高、高温抗硫化物腐蚀和冲蚀性能优良。 附图说明图1为激光合成Ni78Si13Ti9-8wt。/。WC的SEM组织照片，图2为激光 合成Ni78SM3Ti9-15wt%WC的SEM组织照片，图3为激光合成Ni78Si13Ti9-20wt% WC的SEM组织照片，图4为激光合成Ni78Si13Ti9-20wt%WC的XRD衍射曲线。具体实施方式以下实施例采用设备为TJ-HL-T5000型C02激光器，保护气体为Ar气。 基体材料为烟汽轮机叶片用GH864镍基高温合金。实施例1:(1 ) Ni粉、Si粉和Ti粉按原子百分比为Ni78Si13Ti9进行配比；加入重 量百分比为8wt。/。的WC颗粒；此外，加入5ppm的B粉。(2) Ni粉、Si粉、Ti粉的纯度大于99。/。，粉末粒度为100~300目。(3) 将混合粉末放入研钵中研磨混合均勻后烘干作为涂层材料。采用预置 粉末方式进行激光多层多道熔覆。(4) 激光工艺参数为输出功率1200-1300W,扫描速度4-8mm/s，光斑 直径4mm，每道搭接1.8mm。所制备的熔覆层厚度约1.0mm，维氏硬度达480Hv,陶瓷相体积分数为3。/。， 如图1所示，涂层主要组织是Ni3 (Si,Ti)金属间化合物、Ni(Si)固溶体和少 量不规则块状WC和TiC陶瓷相。实施例2:(1 ) Ni粉、Si粉和Ti粉按原子百分比为Ni78SM3Ti9进行配比；加入重 量百分比为15wt。/。的WC颗粒；此外，加入5ppm的B粉。(2) Ni粉、Si粉、Ti粉的纯度大于99。/。，粉末粒度为100~300目。(3) 将混合粉末放入研钵中研磨混合均匀后烘干作为涂层材料。釆用预置粉末方式进行激光多层多道熔覆。(4) 激光工艺参数为输出功率1300-1400W，扫描速度4-6mm/s，光斑直径4mm,每道搭接1.8mm。所制备的熔覆层厚度约1.0mm，维氏硬度达520Hv，陶瓷相体积分数为6。/0， 如图2所示，涂层主要组织是NJ3 (Si,Ti)金属间化合物、Ni (Si)固溶体及花 瓣状TiC/WC复合陶瓷相。实施例3:(1 ) Ni粉、Si粉和Ti粉按原子百分比为Ni78Si13Ti9进行配比；加入重 量百分比为20wt。/。的WC颗粒；此外，加入5ppm的B粉。(2) Ni粉、Si粉、Ti粉的纯度大于99。/。，粉末粒度为100~300目。(3) 将混合粉末放入研钵中研磨混合均勻后烘干作为涂层材料。釆用预置 粉末方式进行激光多层多道熔覆。(4) 激光工艺参数为输出功率1400-1500W,扫描速度4-6mm/s,光斑 直径4mm，每道搭接1.8mm。所制备的熔覆层厚度约1.0mm，维氏硬度达540Hv,陶瓷相体积分数为 12%，如图3所示，涂层主要组织是Ni3 (Si，Ti)金属间化合物、Ni (Si)固溶 体、不规则状WC和花瓣状TiC包覆WC复合陶瓷相。权利要求1、激光熔覆用镍硅钛-碳化钨复合涂层材料，其特征在于涂层材料主要包含Ni、Si、Ti和WC四种粉末，其化学成分以重量百分比计WC为8％～20％，余量为Ni78Si13Ti9。本文档来自技高网...

【技术保护点】
激光熔覆用镍硅钛－碳化钨复合涂层材料，其特征在于：涂层材料主要包含Ｎｉ、Ｓｉ、Ｔｉ和ＷＣ四种粉末，其化学成分以重量百分比计：ＷＣ为８％～２０％，余量为Ｎｉ７８Ｓｉ１３Ｔｉ９。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：樊丁，张建斌，孙耀宁，孙明，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：62[中国|甘肃]