一种激光熔覆用合金粉、涂层及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种激光熔覆用合金粉、涂层及其制备方法和应用。本发明专利技术的激光熔覆用合金粉，包括司太立3和钛碳化硅，采用本发明专利技术的激光熔覆用合金粉结合激光熔覆技术所制备的涂层具有优异的高温耐磨性和抗氧化性能，且硬度好，其中采用本发明专利技术激光熔覆用合金粉制得的C1、C2和C3复合涂层的显微硬度分别为676.62HV

【技术实现步骤摘要】
一种激光熔覆用合金粉、涂层及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及复合涂层相关
，尤其是涉及一种激光熔覆用合金粉、涂层及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]刷式封严涡轮转子轴作为航空发动机的核心部件常见结构，Inconel718(IN718)高温合金是制造刷式封严涡轮转子轴等运动零部件常用材料之一，其在高转速、高温燃气、强熔盐腐蚀和强热循环等恶劣环境中长期服役。
[0003]为了满足刷式封严的苛刻磨损情况并提高使用寿命，通常在刷式封严涡轮转子轴表面涂覆一层多功能耐磨减摩和抗氧化复合涂层，相关技术中，常用于制备复合涂层的技术主要包括喷涂、气相沉积、等离子熔覆和激光熔覆等，其中激光熔覆具有可控的能量供应、材料选择范围广、冷凝速度快、与基体形成冶金结合、能实现零部件表面的精确强化等优点，并且利用激光熔覆制备涂层技术在刷式封严涡轮转子轴表面制备高温自润滑耐磨复合涂层，既能不会影响刷式封严涡轮转子轴原有的使用功能，又能经济高效地延长其服役寿命，因此，激光熔覆被广泛使用。然而，受涂层材料本身的性能限制，现有方法所制备的涂层仍存在耐热性和耐磨性不足、且高温抗氧化性能差等问题。
[0004]相关技术报道了激光熔覆涂层对IN718合金表面耐磨减摩性能的影响，其研究表明采用脉冲激光熔覆技术在IN718合金表面制备NiCo合金涂层，其涂层的硬度能达到427.82HV
0.1
，比IN718基体高21.1％，且耐磨性也得到提高，摩擦因数比基体降低15.5％，磨损量比基体降低27.5％(基体磨损量为1.176mm3)。然而其高温耐磨减摩和抗氧化性能仍存在不足。
[0005]因此，仍需寻求一种能够提高基材高温耐磨减摩性能和抗氧化性能的激光熔覆用合金粉及其制备获得的合金涂层。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种激光熔覆用合金粉，将其应用于合金涂层中能够有效提高合金涂层的高温耐磨性和抗氧化性能。
[0007]本专利技术还提供了一种合金涂层。
[0008]本专利技术还提供了一种合金涂层的制备方法。
[0009]本专利技术还提供了一种上述激光熔覆用合金粉在镍基合金表面改性中的应用。
[0010]根据本专利技术的第一方面实施例的一种激光熔覆用合金粉，包括司太立3和钛碳化硅。
[0011]在本专利技术的一些实施例，至少具有以下有益效果：在本专利技术中司太立3(Stellite 3)是一种自熔性Co基粉末，具有优异的脱氧造渣能力以及良好的热稳定性和高温抗氧化性，且基于Stellite 3合金碳含量高(2.4wt.％)，使得其碳化物的体积分数高(约为30％)，
其在涂层体系中作为增韧相，具有较大非晶形成能力，且硬度高、耐磨性和耐腐蚀性好等特点。
[0012]钛碳化硅(Ti3SiC2)是一种典型的三元层状MAX相陶瓷，同时具有金属的导电性、导热性和高韧性，以及陶瓷的高热稳定性、高熔点和高屈服强度等优良特性。钛碳化硅在高温下易发生层间滑动进而产生润滑性能，且在高温下还可通过形成氧化膜起到润滑与保护作用。
[0013]根据本专利技术的一些实施方式，按照质量分数计，所述激光熔覆用合金粉中包括80％～95％的所述司太立3和5％～10％的钛碳化硅。
[0014]根据本专利技术的一些实施方式，按照质量分数计，所述激光熔覆用合金粉中包括85％～95％的所述司太立3和5％～10％的钛碳化硅。
[0015]司太立3是一种Co基粉末，由于钛碳化硅与Co基粉末的润湿性较差，加入过多的钛碳化硅易导致涂层的表面质量降低。
[0016]根据本专利技术的一些实施方式，所述司太立3的粒径为40μm～60μm。
[0017]根据本专利技术的一些实施方式，所述司太立3的粒径为50μm。
[0018]根据本专利技术的一些实施方式，所述司太立3按照重量百分比计，包括以下化学元素：2％～3％C、30％～32％Cr、0.5％～1.5％Si、12％～13％W、2％～4％Fe、2％～4％Ni、0.5％～1.5％Mn和余量的Co。
[0019]根据本专利技术的一些实施方式，所述司太立3按照重量百分比计，包括以下化学元素：2.4％C、31％Cr、1％Si、12.5％W、3％Fe、3％Ni、1％Mn和余量的Co。
[0020]根据本专利技术的一些实施方式，所述铁碳化硅的粒径为50μm～80μm。
[0021]根据本专利技术的一些实施方式，所述铁碳化硅的粒径为65μm。
[0022]根据本专利技术的一些实施方式，所述激光熔覆用合金粉还包括铜粉。
[0023]在本专利技术中的激光熔覆用合金粉中添加铜粉具有以下优点：
[0024](1)铜粉由于具有较低的熔点及较高的导热系数，在熔覆过程中可有效提高涂层的熔深及冶金结合能力，并且铜作为一种软金属，能够有效提升涂层材料的抗塑性变形能力。
[0025](2)铜在高温下与氧反应会形成氧化膜，其粘性会发生一定的变化，使得其在磨损过程中承担了部分润滑作用，有利于提高耐磨性能。
[0026](3)铜具有较好的导热性，能够加快涂层的散热速率。
[0027]根据本专利技术的一些实施方式，所述激光熔覆用合金粉中铜粉的质量分数为8％～12％。
[0028]优选的，所述激光熔覆用合金粉中铜粉的质量分数为10％。
[0029]通过调整铜粉的含量有利于提高涂层的耐磨性，在本专利技术中铜粉的含量过高会进一步降低涂层硬度，从而影响涂层的整体性能；而铜粉的含量过低会导致其不能充分发挥软金属铜的润滑作用。
[0030]根据本专利技术的一些实施方式，所述铜粉的粒径为20μm～50μm。
[0031]根据本专利技术的一些实施方式，所述铜粉的粒径为35μm。
[0032]根据本专利技术的一些实施方式，所述激光熔覆用合金粉适用于镍基合金的表面改性。
[0033]本专利技术第二方面提供了一种合金涂层，包括上述的激光熔覆用合金粉。
[0034]本专利技术第三方面提供了一种合金涂层的制备方法，包括将所述的激光熔覆用合金粉混合后，采用激光熔覆工艺制得。
[0035]在本专利技术的一些实施例，至少具有以下有益效果：本专利技术采用激光熔覆技术，以司太立3、钛碳化硅和Cu粉末为原料，在IN718高温合金表面制备得到的复合涂层具有优异的耐磨和抗氧化性能。并且该方法操作简便，具有可控的能量供应、材料选择范围广、冷凝速度快、与基体形成冶金结合、能实现零部件表面的精确强化等优点，同时能保证基材原有的使用功能以及经济高效地延长其使用时长。此外，采用本专利技术的方法制备出来的高温合金复合涂层具有附着性好、不易开裂和变形的优点。
[0036]根据本专利技术的一些实施方式，所述激光熔覆工艺的功率为0.7kW～0.9kW。
[0037]根据本专利技术的一些实施方式，所述激光熔覆工艺的功率为0.8kW。
[0038]根据本专利技术的一些实施方式，所述激光熔覆工艺的激光束输出光斑为
[0039]根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光熔覆用合金粉，其特征在于：包括司太立3和钛碳化硅。2.根据权利要求1所述的激光熔覆用合金粉，其特征在于：按照质量分数计，包括80％～95％的所述司太立3和5％～10％的钛碳化硅。3.根据权利要求1所述的激光熔覆用合金粉，其特征在于：所述司太立3的粒径为40μm～60μm。4.根据权利要求1所述的激光熔覆用合金粉，其特征在于：所述钛碳化硅的粒径为50μm～80μm。5.根据权利要求1至4任一项所述的激光熔覆用合金粉，其特征在于：所述激光熔覆用合金粉还包括铜粉。6.根据权利要求5所述的激光熔覆用合金粉，其特征在于：所述铜粉的质量分数为8％～12％。7.一种合金涂层，其特征在于：包括如权利要求1至6任一项所述的激...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘秀波，张诗怡，贺泊铭，孟元，周海滨，刘志远，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：