用于激光熔覆的铁镍铬钼基粉末材料及其制备方法技术

一种用于激光熔覆的铁镍铬钼基粉末材料及其制备方法，属于表面工程技术领域。粉末各组分的重量百分含量为：钛粉：10-18wt.%；石墨碳粉：2-4.5wt.%；碳化铌粉：6-15wt.%；铁-镍-铬-钼合金粉：余量；其中，铁-镍-铬-钼合金粉末的成分为：镍：20-26wt.%，铬:23-26wt.%，钼:6-15wt.%,铁:余量。优点为：利用高能量密度激光束熔化混合粉末，在钢基体表面形成以铁-镍-铬-钼合金为连续相、以碳化物陶瓷为增强相的耐磨耐蚀熔覆层，熔覆层与基体达到冶金结合、稀释率低。本发明专利技术的方法具有制备成本较低、熔覆层耐磨耐腐蚀寿命长、工艺较简单等优点，可显著延长搅拌器、浆液循环泵及海水循环水泵等部件的耐磨耐蚀寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于表面工程
，特别是提供了一种用于激光熔覆的铁镍铬钥基粉末材料及其制备方法。
技术介绍
搅拌器、浆液循环泵是火电厂脱硫系统中的关键设备之一，其磨损与腐蚀问题是影响脱硫系统安全经济运行的重要原因。搅拌器由搅拌机构、轴和配备驱动电机的驱动系统组成，搅拌器一般采用三叶螺旋桨叶片，叶片材料为不锈钢。安装搅拌器的作用为(1)防止固体颗粒在浆液池中沉淀，确保浆液能够均匀地输送到下一个工艺流程中去；(2)强化氧化空气的扩散，促进亚硫酸 隹丐的氧化、石骨晶体的成长和石灰石的溶解。 吸收塔浆液呈酸性，浆液中既含有CaCO3等固体颗粒，又含有大量腐蚀性强的氯离子，其浓度可达1_2%。因此，引起搅拌器轮毂、叶片失效的原因为磨损与腐蚀。随着搅拌器叶片磨损、腐蚀程度的增加，会引起浆液搅拌不均匀，造成固体颗粒在罐底局部沉积和泵入口处沉积等问题；该问题将引起浆液循环泵磨损加剧。搅拌器轮毂一般采用耐蚀性好的I.4529合金或其它耐蚀合金。由于搅拌器叶轮的转速较高，要求叶片材料具有比轮毂材料更高的耐磨耐蚀性。浆液循环泵属于大流量的离心泵，用于循环吸收塔内的浆液。吸收塔内的浆液是固液双相流介质，衆液中的固体成分为石灰石和石骨，重量浓度一般在20%左右。根据机组装机容量及燃煤含硫量不同，脱硫吸收塔浆液循环流量通常在400(Tl2000m3 / h之间，扬程在16-30m之间。在烟气脱硫装量中，浆液循环泵的电耗占整个脱硫岛电耗的三分之一以上，因此，大流量、高效率是对该泵的技术要求。烟气在循环吸收过程会形成硫酸、盐酸等酸性混合物，并随着循环时间的延长逐步富集，浆液的氯离子浓度含量在20000-60000mg/L范围，pH值一般在4. 5-6之间。浆液循环泵在上述含固腐蚀性高速流动的复杂介质中工作，其过流部件材料的腐蚀与磨损问题尤为突出。磨损与腐蚀将造成泵效率不断降低和振动等问题，因此，浆液循环泵过流部件材料的耐蚀耐磨性能是决定该泵使用寿命和能耗的重要指标。浆液循环泵叶片任意点的圆周速度与转速及直径成正比，因而在叶轮外径处速度达到最大，使浆液中的颗粒与叶片的磨损加剧，从而导致在相应位置磨损最为严重。国际上用于浆液循环泵过流部件的耐蚀耐磨技术有两种，其一是采用铸铁外壳，内衬橡胶技术，即衬胶泵；另一种是采用耐蚀耐磨合金制造泵过流部件，即合金泵。采用合金泵的制造成本较高，但泵装置运行可靠性和寿命优于衬胶泵。浆液循环泵部件材料通常采用高铬耐蚀耐磨合金和双相不锈钢，分别为F30%CrMo (企业牌号Cr30)和Z3CNUD2605M(企业牌号2605)。针对烟气脱硫浆液氯离子含量高的特点，国内外厂家在Cr30的原有成分基础上加入了适量Ni和Cu元素，提高了其抗氯离子腐蚀的性能，改进后材料的企业代号为Cr30A，Cr30A用于制造浆液泵中旋转件叶轮及与其配合的前后护板等零件，其显微组织为奥氏体+碳化物+少量铁素体、显微硬度在450-560HV范围。尽管上述材料具有较好的耐磨耐蚀性，但其耐磨耐蚀性仍不能满足火电厂长寿命高效运行的要求，浆液循环泵叶轮的检修周期一般4000-8000小时。对于Cr30、Cr30A类材料的铸造部件，由于其铬含量高(铬含量35-40wt. %)、断裂韧性差，如采用电弧焊、氩弧、等离子熔覆法在该类材料表面制备熔覆层，由于热影响区过大而在热作用区产生高热应力，极易使Cr30、CR30A类材料表面产生穿透性宏观裂纹而使部件报废。因此，对于磨损腐蚀程度不太严重的浆液循环泵叶轮及其它过流部件，常采用冷修复的办法延长其寿命，例如可利用Metal ine类陶瓷-胶复合材料修复凹坑，或喷涂该类材料在叶轮、泵体内壁而形成耐磨耐腐蚀层。该类耐磨涂层由于结合强度低(一般低于20MPa)，其寿命一般不超过4500小时。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于激光熔覆的铁镍铬钥基粉末材料及其制备方法；利用激光束熔覆本专利技术所述的粉末材料，可在火电厂用搅拌器叶片、泵与叶轮过流部件磨损严重区域形成耐磨耐蚀熔覆层，适用于火电厂脱硫系统用搅拌器、浆液循环泵及各类发 电厂用海水循环水泵过流部件的耐磨耐蚀表面处理。利用激光束熔覆本专利技术所述的粉末材料所形成熔覆层的表面显微硬度在500-1000HV范围。激光熔覆法的优点在于对工件表面的热影响区极小，可有效避免基体材料因熔覆过程产生的热应力而变形或开裂等问题。本专利技术突破了现有耐磨耐蚀涂层或衬胶层结合强度低、寿命短的局限性，使耐磨耐蚀熔覆层与基体达到冶金结合。本专利技术是通过以下步骤来实现的。本专利技术所述的粉末材料各组分的重量百分含量为钛粉(粒度-140+325目，纯度彡99. 5%，其中，“-140+325目”表示粉末粒度在325目至140目范围)10-18 % ;石墨碳粉(纯度彡99%) 2~4. 5 % ;碳化铌(NbC)粉(粒度-140+325目，纯度彡99. 5%) :6-15 %;铁-镍_铬-钥合金粉(粒度-140+325目):余量；其中，铁-镍-铬-钥合金粉末的成分为镍:20-26%,铬:23-26%，钥:6-15%,铁:余量。所述铁-镍-铬-钥合金粉末的制备方法为现有成熟工艺，即其制作的原理是将合金在熔炉中熔化，经中间包过渡，将熔体注入到气雾化区雾化得到铁-镍-铬-钥合金粉末，将粉末筛分后得到所需粒度的铁-镍-铬-钥合金粉末。本专利技术所述的粉末材料的制备工艺如下(I)按粉末各组分的重量百分含量，称取各种粉末原料；(2)将称取的各种粉末原料放入干燥箱中干燥，干燥箱温度为100_150°C，干燥时间为2-3小时；(3)利用干粉混料设备(如V型混料机)混合粉末原料，形成混合后的粉末材料，混料时间为3-5小时；(4)将混和后的粉末材料装入塑料桶密封存储。利用激光熔覆上述粉末材料后，形成陶瓷-金属复合材料熔覆层。其中，铁-镍-铬-钥合金为熔覆层中耐蚀性能高的连续相，NbC、熔覆过程中反应合成的TiCxU在0. 5-1范围)为熔覆层中的增强相；所述陶瓷-金属复合材料熔覆层具有较高的耐磨耐蚀性。3、制备熔覆层工艺本专利技术可用于在新的搅拌器叶片、浆液循环泵及海水循环水泵过流部件制备耐磨耐蚀熔覆层，也可用于修复已磨损腐蚀的部件。由于整个叶片采用熔覆层保护，叶片及轮毂材料可用韧性好的不锈钢(如316不锈钢)取代Cr30、CR30A类韧性较差的材料。制作的步骤为(I)按设计尺寸分别用不锈钢制作叶片、轮毂按设计尺寸，用锻造或铸造的方法制作搅拌器或浆液循环泵所需的不锈钢叶片、轮毂等部件。(2)分别在叶片和轮毂表面制备耐磨耐蚀熔覆层激光熔覆工艺为已有的成熟技术，如选用Nd = YAG灯泵浦固体激光器，其波长 为1064nm、光纤偶合、功率为700-1500W ;如选用半导体直接输出激光器，其输出功率为2_4kW。激光熔覆时利用数控机械臂控制激光头，分别在叶片、轮毂所需耐磨耐蚀防护的区域(轮毂上焊接叶片的区域不做熔覆层)进行搭接熔覆，单层熔覆层厚度为200-1000 ym。采用多层熔覆方法，可使熔覆层厚度达到600-3000 u m。(3)将具有熔覆层的叶片与轮毂及其它部件焊接将具有熔覆层的叶片与轮毂及其它部件焊接，形成完整搅拌器或浆液循环泵叶轮。本专利技术的优点为利用高能量密度激光束熔化混合粉末，在钢基体表面形成以铁-镍-铬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于激光熔覆的铁镍铬钼基粉末材料，其特征在于，粉末材料各组分的重量百分含量为：钛粉：10？18？%；石墨碳粉：2？4.5？%；碳化铌粉：6？15？%；铁？镍？铬？钼合金粉：余量；其中，铁？镍？铬？钼合金粉末的成分为：镍：20？26%，铬:23？26%，钼:6？15%,铁:余量。

【技术特征摘要】
1.一种用于激光熔覆的铁镍铬钥基粉末材料，其特征在于，粉末材料各组分的重量百分含量为 钛粉10-18 % ;石墨碳粉2-4. 5 % ;碳化铌粉6-15 % ;铁-镍-铬-钥合金粉余量；其中，铁-镍-铬-钥合金粉末的成分为镍:20-26%,铬:23-26%，钥:6-15%,铁:余量。2.—种权利要求I所述的用于激光熔覆的铁镍铬钥基粉末材料的制备方法，其特征在于；工艺如下 (1)按粉末各组分的重量...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宗德，刘再德，李建平，王永田，李新芷，任威宇，钟成圆，
申请(专利权)人：华北电力大学，河北瑞驰伟业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：