一种表面激光熔覆镍基合金制造技术

一种表面激光熔覆镍基合金，利用激光熔覆技术在Monel 400合金表面制备了镍基合金改性层。结果表明，Monel合金表面镍基合金改性层的组织主要由γ‑Ni固溶体、多元共晶体及一些初生沉淀相组成。选择优化的激光辐照工艺进行激光熔覆处理，可获得性能优异的镍基合金改性层，与Monel 400合金基材相比，镍基合金激光改性层的显微硬度是基体的7倍，摩擦系数明显降低，相对耐磨性提高了8.6倍。

A surface laser cladding nickel based alloy

A laser cladding nickel base alloy was prepared by laser cladding on the surface of Monel 400 alloy. The results show that the microstructure of Ni based alloy modified layer on Monel alloy is mainly composed of gamma Ni solid solution, multi-component eutectic and some primary precipitates. The nickel base alloy modified layer with excellent performance can be obtained by laser cladding with the optimized laser irradiation process. Compared with the Monel alloy substrate, the microhardness of the nickel base alloy laser modified layer is 7 times that of the matrix, the friction coefficient is obviously reduced, and the relative wear resistance is increased by 8.6 times.

【技术实现步骤摘要】
一种表面激光熔覆镍基合金所属
本专利技术涉及一种表面涂覆材料，尤其涉及一种表面激光熔覆镍基合金。
技术介绍
蒙乃尔(Monel)合金是以金属镍为主的镍铜耐蚀合金，其典型成分为70%Ni和30%Cu，因其具有较高的强度和良好的耐腐蚀性能，广泛应用于高强、高压及承受腐蚀介质作用的工况条件。现代工业技术的迅猛发展对Monel合金的性能提出了更加苛刻的要求。目前国内由于制备技术等方面的原因，生产出的Monel合金不能完全满足特定场合的服役要求，而进口构件价格昂贵，如8#整体蒙乃尔合金旋塞阀门进口价高达3×104美元。因此在现有技术上对Monel合金表面实施强化与改性技术具有重要的战略意义和经济效益。激光熔覆是一种应用极其广泛的材料表面改性技术，可显著提高材料硬度及耐磨、耐腐蚀等多种性能。采用激光熔覆技术在Monel合金表面制备镍基合金改性层，可以改善Monel合金的力学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善Monel400合金的硬度和耐磨性，设计了一种表面激光熔覆镍基合金。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：表面激光熔覆镍基合金的制备原料包括：基体材料为Monel400合金，其化学成分(质量分数，%)为C0.3，Si0.5，Fe2.0，Mn1.5，Cu34.0，Ni为余量。试样尺寸为140mm×60mm×10mm。激光熔覆材料为自行配制的镍基合金粉末，平均粒度为90μm，工业纯度，基材样品经600号SiC金相砂纸打磨，而后清洗干燥。表面激光熔覆镍基合金的制备步骤为：首先在Monel合金表面制备一薄层热障涂层，而后进行激光熔覆处理。激光熔覆材料采用粘结剂调制成糊状均匀地预置在经预处理的基体试样表面，预置合金粉末厚度为1.2mm，自然晾干后经120℃，2h烘干。采用TFL-6000型横流CO2激光加工成套设备进行激光熔覆处理，选择优化的激光辐照工艺参数，输出功率为4kW，扫描速率为10mm/s，宽带矩形光斑尺寸为10mm×1mm，熔覆过程无需气体保护。表面激光熔覆镍基合金的检测步骤为：取垂直于激光束扫描方向横截面磨制金相样品，用30mLHCl+10mLHNO3腐蚀剂腐刻样品表面。利用S-3400N扫描电镜及能谱仪分析激光改性层微观组织形貌及成分，用XRD-7000型X射线衍射仪分析涂层的物相结构。采用HVS-1000显微硬度计测试涂层截面显微硬度，载荷为1.96N，加载时间为10s。摩擦磨损试验采用MMW-1型立式万能摩擦磨损试验机，对磨形式为销-盘磨损，上摩擦副销棒为Monel400合金基材及端部进行激光改性的两组样品，销棒尺寸为4.8mm×12.7mm。下摩擦副磨盘为Monel400合金，尺寸为31.7mm×11mm。销及盘表面均经1000号金相砂纸打磨并清洗。摩擦磨损试验参数为法向载荷100N，对磨盘旋转频率400r/min，磨损时间4min，每组试验为3个样品的平均值。采用电子数据采集系统，绘制摩擦系数与滑动距离的关系曲线，用感应量为±10-4g的分析天平称量试样磨损前后的质量并计算磨损量和相对耐磨性。所述的表面激光熔覆镍基合金，采用激光熔覆工艺在Monel400合金表面制备了镍基合金改性层，涂层与基体呈冶金结合，无气孔、裂纹等缺陷。所述的表面激光熔覆镍基合金，熔覆层主要由γ-Ni固溶体、多元共晶体及初生碳、硼化合物硬质相组成，合金化区为平面晶和柱状晶组织，熔覆区为树枝晶和共晶组织。所述的表面激光熔覆镍基合金，镍基合金改性层的平均显微硬度可达8.65GPa，相对耐磨性提高了8.6倍，改性层具有更高的硬度及良好的耐磨性能。本专利技术的有益效果是：采用激光熔覆技术对Monel合金表面进行处理，可获得性能优异的镍基合金改性层。与Monel400合金基材相比，镍基合金激光改性层的显微硬度是基体的7倍，摩擦系数明显降低，相对耐磨性提高了8.6倍。具体实施方式实施案例1：表面激光熔覆镍基合金的制备原料包括：基体材料为Monel400合金，其化学成分(质量分数，%)为C0.3，Si0.5，Fe2.0，Mn1.5，Cu34.0，Ni为余量。试样尺寸为140mm×60mm×10mm。激光熔覆材料为自行配制的镍基合金粉末，平均粒度为90μm，工业纯度，基材样品经600号SiC金相砂纸打磨，而后清洗干燥。表面激光熔覆镍基合金的制备步骤为：首先在Monel合金表面制备一薄层热障涂层，而后进行激光熔覆处理。激光熔覆材料采用粘结剂调制成糊状均匀地预置在经预处理的基体试样表面，预置合金粉末厚度为1.2mm，自然晾干后经120℃，2h烘干。采用TFL-6000型横流CO2激光加工成套设备进行激光熔覆处理，选择优化的激光辐照工艺参数，输出功率为4kW，扫描速率为10mm/s，宽带矩形光斑尺寸为10mm×1mm，熔覆过程无需气体保护。表面激光熔覆镍基合金的检测步骤为：取垂直于激光束扫描方向横截面磨制金相样品，用30mLHCl+10mLHNO3腐蚀剂腐刻样品表面。利用S-3400N扫描电镜及能谱仪分析激光改性层微观组织形貌及成分，用XRD-7000型X射线衍射仪分析涂层的物相结构。采用HVS-1000显微硬度计测试涂层截面显微硬度，载荷为1.96N，加载时间为10s。摩擦磨损试验采用MMW-1型立式万能摩擦磨损试验机，对磨形式为销—盘磨损，上摩擦副销棒为Monel400合金基材及端部进行激光改性的两组样品，销棒尺寸为4.8mm×12.7mm。下摩擦副磨盘为Monel400合金，尺寸为31.7mm×11mm。销及盘表面均经1000号金相砂纸打磨并清洗。摩擦磨损试验参数为法向载荷100N，对磨盘旋转频率400r/min，磨损时间4min，每组试验为3个样品的平均值。采用电子数据采集系统，绘制摩擦系数与滑动距离的关系曲线，用感应量为±10-4g的分析天平称量试样磨损前后的质量并计算磨损量和相对耐磨性。实施案例2：改性层组织均匀致密，无气孔裂纹等缺陷。激光熔覆层由熔覆区、结合区和热影响区3个区域组成，其中合金化区呈现一条与界面平行的白亮带。熔覆层的显微组织为细小的树枝晶，枝晶间距小于4μm，枝晶间存在少量共晶组织，改性层内部还出现了大量块状的初生相。能谱分析表明，树枝内镍、铬含量(原子分数，%)分别为31.92和42.41，枝晶间组织区域富含Cr和C元素。说明枝晶区域主要由γ-Ni固溶体及高含量的铬组成。在共晶区域中除了含有大量的Ni元素外，还含有少量的Si，Fe，Cr，Mo等元素。块状的初生相中碳、硼、铬的含量(原子分数，%)分别为20.81，51.88，25.73，因此可认定初生沉淀相为铬碳化合物和铬硼化合物。合金化区的组织形貌，主要由底部平面晶与上方定向生长的柱状晶组成。Monel合金基体与激光熔池中成分过冷影响了合金化区的结晶形态。激光熔覆的初始阶段，熔池底部与基体温度梯度较大，在基体的快速传热激冷作用下，熔池的底部首先开始结晶，而且结晶速度和成分过冷很小，结晶组织从基体以平面晶方式外延生长，形成一层很薄的平面状结晶体，宏观表现为白亮带。由于晶体的生长方向与散热的方向相反，而界面处的热量主要是通过基体传递，所以试验中可观察到晶体生长方向大致垂直于界面。随着结晶过程的进行，熔池温度下降，基体温度升高，同时界面处极薄的热障层可避免由于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面激光熔覆镍基合金，制备原料包括：基体材料为Monel 400合金，其化学成分(质量分数，%)为C0.3，Si0.5，Fe2.0，Mn1.5，Cu34.0，Ni为余量，试样尺寸为140mm×60mm×10mm，激光熔覆材料为自行配制的镍基合金粉末，平均粒度为90μm，工业纯度，基材样品经600号SiC金相砂纸打磨，而后清洗干燥。

【技术特征摘要】
1.一种表面激光熔覆镍基合金，制备原料包括：基体材料为Monel400合金，其化学成分(质量分数，%)为C0.3，Si0.5，Fe2.0，Mn1.5，Cu34.0，Ni为余量，试样尺寸为140mm×60mm×10mm，激光熔覆材料为自行配制的镍基合金粉末，平均粒度为90μm，工业纯度，基材样品经600号SiC金相砂纸打磨，而后清洗干燥。2.根据权利要求1所述的表面激光熔覆镍基合金，其特征是表面激光熔覆镍基合金的制备步骤为：首先在Monel合金表面制备一薄层热障涂层，而后进行激光熔覆处理，激光熔覆材料采用粘结剂调制成糊状均匀地预置在经预处理的基体试样表面，预置合金粉末厚度为1.2mm，自然晾干后经120℃，2h烘干，采用TFL-6000型横流CO2激光加工成套设备进行激光熔覆处理，选择优化的激光辐照工艺参数，输出功率为4kW，扫描速率为10mm/s，宽带矩形光斑尺寸为10mm×1mm，熔覆过程无需气体保护。3.根据权利要求1所述的表面激光熔覆镍基合金，其特征是表面激光熔覆镍基合金的检测步骤为：取垂直于激光束扫描方向横截面磨制金相样品，用30mLHCl+10mLHNO3腐蚀剂腐刻样品表面，利用S-3400N扫描电镜及能谱仪分析激光改性层微观组织形貌及成分，用XRD-7000型X射线衍射仪分析涂层的物相结构，采用HVS-1000显微硬度计测试涂层截面显微硬度，载荷为1.96N，加载时间为10s，摩...

【专利技术属性】
技术研发人员：林艳红，
申请(专利权)人：林艳红，
类型：发明
国别省市：辽宁,21