不锈钢表面超细晶高温抗氧化涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种不锈钢表面超细晶高温抗氧化涂层的制备方法，是以NiCoCrAlY合金粉末作为熔覆涂层材料，铺覆在不锈钢基体表面，激光扫描熔覆得到高温抗氧化熔覆涂层，立即采用轧制+超快速冷却复合技术，对得到的高温抗氧化熔覆涂层同时进行超快速冷却和轧制，从而经二次处理后获得具有超细化晶粒的高温抗氧化NiCoCrAlY涂层，提高涂层的高温抗氧化性能，并增加涂层的耐磨性和抗腐蚀性。

【技术实现步骤摘要】
不锈钢表面超细晶高温抗氧化涂层的制备方法
本专利技术涉及一种超细晶高温抗氧化涂层的制备方法，特别是涉及一种基于激光熔覆和轧制+超快速冷却复合技术在不锈钢表面制备超细晶高温抗氧化涂层的方法。
技术介绍
不锈钢不仅具有良好的耐蚀性、耐热性，低温强度和机械特性，而且冲压、弯曲等热加工性能好，无热处理硬化现象，作为一种用途最为广泛的金属材料，广泛应用于各种工业领域中。但是，长期在高温环境中使用，会使不锈钢材料的表面发生氧化，导致不锈钢的耐磨性、耐腐蚀性降低。常规的定期清理更换相应零部件的解决办法显然成本较高。因此国内外都在积极开展不锈钢高温抗氧化技术的研究，试图通过改变合金成分和组织结构来改善不锈钢表面的高温氧化行为。激光熔覆技术作为一种新型的表面改性技术，具有加热速度快、瞬间加热温度高、冷却速度快、对工件热影响小、熔覆层成分和稀释度可控等优点，得到的熔覆层组织致密均匀，与基体材料冶金结合强度高，是提高不锈钢表面抗高温氧化性能和耐磨性能，同时获得最佳力学性能和表面防护的有效方法之一。NiCoCrAlY合金粉末是一种常用的不锈钢表面激光熔覆高温抗氧化涂层材料。但由于激光熔覆快速加热与快速凝固的特点，采用NiCoCrAlY合金粉末制备NiCoCrAlY熔覆涂层时容易开裂。因此，在激光熔覆制备NiCoCrAlY熔覆涂层时，为了保持涂层的整体综合性能，就需要在一定程度上牺牲表面高温抗氧化性能，通过选择不那么极端的激光熔覆工艺参数，以保证熔覆涂层具有稳定而优异的机械性能，尤其是蠕变性能。如此一来，必将影响到NiCoCrAlY熔覆涂层中热生长氧化物的生长与演化特性，进而影响熔覆涂层高温抗氧化性能的提高，结果造成其高温抗氧化性能往往达不到预期水平。激光熔覆制备NiCoCrAlY熔覆涂层的抗氧化性能主要来源于氧化形成的α-Al2O3，因此，总是期望能够形成更多、更致密的α-Al2O3。但是，即便是在最佳的工艺参数下，激光熔覆技术也制备不出特别细化的晶粒，因此NiCoCrAlY氧化后就会形成较多的亚稳态Al2O3，而亚稳态Al2O3比较稀松，并会增加涂层内部应力，使得熔覆涂层容易剥落。这显然会降低熔覆涂层的高温抗氧化性，也会影响涂层的耐磨性及耐腐蚀性。轧制+超快速冷却复合技术符合制造业领域提出的4R原则(减量化、再循环、再利用、再制造)，即通过采用节约型的成分设计和减量化的生产方法，获得高附加值、可循环的产品。在金属材料的加工过程中，温度是很重要的影响因素，如果不加以精确控制，温度的改变会影响金属材料的结晶程度。而通过轧制+超快速冷却复合技术，可以对钢材实现几百℃/s的超快速冷却，因此可以使材料在极短的时间内迅速通过奥氏体相区，将硬化奥氏体“冻结”到动态相变点，使钢材可以在低温下进行连续大变形。轧制+超快速冷却复合技术的特点在于使用时节约资源和能量，实现减量化生产。但由于该技术不适合用于对精度要求很高的生产或实验中，所以目前为止，并没有关于将轧制+超快速冷却复合技术进行其他方向的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对不锈钢高温条件下抗氧化能力的不足，提供一种不锈钢表面超细晶高温抗氧化涂层的制备方法，通过激光熔覆和轧制+超快速冷却复合技术制备超细晶高温抗氧化涂层，以提高涂层的高温抗氧化性、耐磨性和耐腐蚀性。本专利技术所述不锈钢表面超细晶高温抗氧化涂层的制备方法是以NiCoCrAlY合金粉末作为熔覆涂层材料，铺覆在不锈钢基体表面，激光扫描熔覆得到高温抗氧化熔覆涂层，立即采用轧制+超快速冷却复合技术，对得到的高温抗氧化熔覆涂层同时进行超快速冷却和轧制，获得超细晶高温抗氧化NiCoCrAlY涂层。其中，所述的NiCoCrAlY合金粉末是以40～50wt%Ni粉、15～30wt%Co粉、12～20wt%Cr粉、6～15wt%Al粉、1～3wt%Si粉和0.5～1.5wt%Y2O3粉混合后，干燥得到的合金粉末。本专利技术具体是将所述NiCoCrAlY合金粉末在60～100℃干燥不少于1h，以增加粉末颗粒的流动性，使其能够更均匀地铺覆在不锈钢基体的表面。进一步地，本专利技术是以功率600～1400W的激光，在光斑直径4mm、激光扫描速度3～9mm/s的激光熔覆工艺条件下，对不锈钢基体表面的熔覆涂层材料进行激光扫描，以得到高温抗氧化熔覆涂层。更进一步地，本专利技术所述激光扫描的扫描搭接率设定为30～50%。优选地，本专利技术是在流量为5～15L/min的保护气环境中，将所述NiCoCrAlY合金粉末熔覆涂层材料采用同步送粉的方式铺覆在不锈钢基体表面进行激光扫描。通过本专利技术对铺覆在不锈钢基体表面的NiCoCrAlY合金粉末进行激光扫描，熔覆后得到厚度为0.5～2mm的高温抗氧化熔覆涂层。更具体地，本专利技术优选是在高温抗氧化熔覆涂层的温度为600～1000℃时，采用轧制+超快速冷却复合技术对得到的高温抗氧化熔覆涂层进行二次处理，以获得超细晶高温抗氧化NiCoCrAlY涂层。进一步地，本专利技术所述的轧制+超快速冷却复合技术具体是在以500～700℃/s的冷却速度对高温抗氧化熔覆涂层进行超快速冷却的同时，对高温抗氧化熔覆涂层进行不少于两道的轧制。其中，每道轧制的轧制量为轧制前涂层厚度的40～60%。本专利技术所述不锈钢表面超细晶高温抗氧化涂层的制备方法还包括了激光扫描熔覆前对不锈钢基体表面的预处理，所述预处理包括：对不锈钢表面进行溶剂清洗处理，以除去表面的污垢，包括但不限于氧化皮、油渍及其他污物；以及将清洗后的不锈钢基体预加热至100℃。本专利技术对不锈钢基体进行预加热，可以减少由于不锈钢基体与熔覆涂层材料之间的热膨胀差异造成的应力导致的熔覆涂层开裂。研究发现，本专利技术采用轧制+超快速冷却复合技术，通过控制冷却速度达到水冷的极限速度条件下，精确控制冷却的终止温度，凭借该特点可以对激光熔覆后得到的涂层进行进一步的细化晶粒处理。本专利技术采用激光熔覆技术与轧制+超快速冷却复合技术相结合，在不锈钢基体表面制备得到了超细晶高温抗氧化涂层。其中，激光熔覆技术处理出组织较为致密、表面残余应力较为均匀，与不锈钢基体结合强度高的高温抗氧化熔覆涂层，继而，经轧制+超快速冷却复合技术二次处理后，在熔覆涂层表面形成了一层超细晶涂层，不仅有效降低了晶粒颗粒度，增加了涂层的致密度，并提高了涂层中α-Al2O3的含量，降低了亚稳态Al2O3对涂层的影响，使得涂层元素分布更加均匀，提高了涂层的高温抗氧化性能，并增加了涂层的耐磨性和抗腐蚀性。采用激光熔覆技术得到的涂层处于高温状态下，将其进行缓慢冷却，会导致涂层产生很多裂纹，从而影响涂层的抗氧化效果。以往的经验都是通过添加稀土元素等化学方法促使晶粒细化。本专利技术初始对于轧制+超快速冷却复合技术的期望也是通过轧制提高熔覆涂层与基体的结合强度。但是实验后却发现，通过超快速冷却轧制涂层，结果是晶粒比预期的更细小，得到了超细晶。本专利技术在预期提高涂层与基体结合强度的基础上，还发现了两种技术的结合大幅提高了涂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不锈钢表面超细晶高温抗氧化涂层的制备方法，是以NiCoCrAlY合金粉末作为熔覆涂层材料，铺覆在不锈钢基体表面，激光扫描熔覆得到高温抗氧化熔覆涂层，立即采用轧制+超快速冷却复合技术，对得到的高温抗氧化熔覆涂层同时进行超快速冷却和轧制，获得超细晶高温抗氧化NiCoCrAlY涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种不锈钢表面超细晶高温抗氧化涂层的制备方法，是以NiCoCrAlY合金粉末作为熔覆涂层材料，铺覆在不锈钢基体表面，激光扫描熔覆得到高温抗氧化熔覆涂层，立即采用轧制+超快速冷却复合技术，对得到的高温抗氧化熔覆涂层同时进行超快速冷却和轧制，获得超细晶高温抗氧化NiCoCrAlY涂层。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所述的NiCoCrAlY合金粉末是以40～50wt%Ni粉、15～30wt%Co粉、12～20wt%Cr粉、6～15wt%Al粉、1～3wt%Si粉和0.5～1.5wt%Y2O3粉混合后，干燥得到的合金粉末。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是将所述NiCoCrAlY合金粉末在60～100℃干燥不少于1h。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是以功率600～1400W的激光，在光斑直径4mm、激光扫描速度3～9mm/s的激光熔覆工艺条件下，对铺覆在不锈钢基体表面的熔覆涂层材料进行激光扫描。

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉新，陈博文，刘思远，白培康，聂金浩，赵占勇，魏守征，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14