專利名稱：一種制造鍋爐管防腐涂層的鎳基合金粉末的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適合于激光熔覆的合金粉末材料，特別是涉及一種具有防腐 能力的、性能穩(wěn)定的制造鍋爐管防腐涂層的鎳基合金粉末，屬于國際專利分類表中的 C23C24/10 (2006.01) I 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鍋爐管的腐蝕磨損是工業(yè)鍋爐存在的嚴(yán)重問題，造成的生產(chǎn)危害和經(jīng)濟(jì)損失十 分嚴(yán)重。低溫?zé)岣g是鍋爐管在運(yùn)行過程中最為常見的腐蝕形式，在500 750°C范圍內(nèi) 均可能發(fā)生低溫?zé)岣g。
目前防腐涂層的制造方法主要有噴涂、噴焊等。這些方法制得的防腐涂層有一 些難以克服的問題。防腐層很薄，使用過程中容易脫落，失去防腐蝕能力，制造過程中 易產(chǎn)生氣孔、夾雜等缺陷。
對鍋爐管基體材料奧氏體不銹鋼而言，其發(fā)生低溫?zé)岣g主要是由于材料表面 形成了含硫酸鐵的低熔點(diǎn)共晶熔鹽。研究發(fā)現(xiàn)鉻氧化物不易被SO3轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的硫酸 鹽，故鉻是最有效的抗低溫?zé)岣g元素，因此提高合金中的鉻含量能明顯抑制低溫?zé)岣?蝕的發(fā)生。當(dāng)鉻含量達(dá)到某一臨界值時，合金在暫態(tài)氧化階段優(yōu)先形成Cr2O3，能抑制低 熔點(diǎn)共晶熔鹽的形成，從而防止發(fā)生低溫?zé)岣g。依材料、燃料中雜質(zhì)的不同，低溫?zé)?腐蝕速率可比同溫度條件下的氧化速率快幾十到數(shù)百倍。
在眾多表面處理技術(shù)中，超音速電弧噴涂因其價格較低，現(xiàn)場操作方便等優(yōu)點(diǎn) 而成為目前采用最多的方法，但也存在結(jié)合強(qiáng)度不高、涂層致密差、孔隙較多等不足。
而采用激光熔覆技術(shù)制造防腐涂層則可以有效解決以上問題，且大大降低了制 造防腐涂層的工藝條件要求，同時降低了成本。激光熔覆層與基材冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度 大，不容易脫落，而且熱影響區(qū)小不容易產(chǎn)生變形，熔覆后效果好。
激光熔覆防腐涂層技術(shù)是利用大功率激光束聚集能量極高的特點(diǎn)，瞬間將被加 工件表面微熔，同時使零件表面與激光束同步自動送置的合金粉或絲完全熔化，獲得與 基體冶金結(jié)合的、新的表面耐磨、耐蝕合金層。
與超音速電弧噴涂技術(shù)相比，激光熔覆防腐涂層技術(shù)具有結(jié)合強(qiáng)度高、涂層致 密、無孔隙等優(yōu)點(diǎn)。
一般而言，超音速電弧噴涂處理過的鍋爐管比純基材的鍋爐管的耐低溫?zé)岣g 性能提高約30 50%，而激光熔覆處理過的鍋爐管比純基材的鍋爐管耐低溫?zé)岣g性能 可以提高1 2倍，比超音速電弧噴涂具有更好的性價比和應(yīng)用發(fā)展前景。
采用激光熔覆防腐涂層技術(shù)，關(guān)鍵問題是能否尋求或提供出適當(dāng)?shù)木哂蟹栏?力的、性能穩(wěn)定的制造鍋爐管防腐涂層的合金粉末。
目前，國內(nèi)外市場上沒有激光熔覆專用的合金粉末材料出售，多數(shù)是采用熱噴 涂或噴焊用的金屬粉末，或是在現(xiàn)有金屬粉末基礎(chǔ)上按不同成分配比、采取機(jī)械混粉方 式制備激光熔覆所需的合金粉末材料。3
近年來人們在研究利用激光熔覆技術(shù)進(jìn)行設(shè)備部件修復(fù)所需的合金粉末材料方 面取得了一些進(jìn)展，例如，
公開號為CN18M317的中國發(fā)明專利申請給出的《一種移動式激光熔覆現(xiàn)場加 工合金粉末材料》，該合金粉末材料利用以下元素成分強(qiáng)化鎳基合金Cr、W、Mo、 Al、Ti、Co，還可以添加Co、C、N、Nb、Cu、B、Si和微量稀土元素，其中，稀土元 素可以是Ce、Y、Hf。
公開號為CN101381868的中國發(fā)明專利申請給出的《一種激光熔覆用高硬度 不銹鋼合金粉末及制備工藝》，該合金粉末各成份重量百分比為C: 0.5-0.8% ； Cr 18-24 % ； Ni 11-17% ； B 2.0—5.5 % ； Si 2.0—6.0 % ； Mo 4-9 % ； CeO2 1-5% ； Fe余量。合金粉末的制備工藝包括配料、熔煉、造渣與脫氧、霧化制粉、粉末收集與 成分檢測、篩分六個步驟。
公開號為CN101381869的中國發(fā)明專利申請給出的《激光熔覆高硬無裂鐵基 合金專用合金粉末》，該專用合金粉末的配方，重量百分含量碳(C) 0.3-0.5 ；硅 (Si) 1.2-2.0 ； M (B) 0.4-1.0 ；鎳(Ni) 1.5—2.5 ；鉻(Cr) 1.0—1.5 ；猛(Mn) 1.0-1.5 ；鉬(Mo) 1.5-2.5 ；釩(V) 0.15-0.7 ；鈮(Nb) 0.15-0.7 余量為鐵(Fe)，其 重量之和為100%。
公開號為CN101187022的中國發(fā)明專利申請給出的《一種激光熔覆導(dǎo)電輥用 鈷基合金粉末》，該合金粉末的化學(xué)成分的重量百分比為Cr: M 30% ； W: 6 10%； Mo 3 — 6%； Ni 6 12% ； Fe 2 10% ； Mn 0.5 2% ； Si 0.2 ~ 2%； V 0.1 ~ 0.6%； B 0.3 ~ 1.5%； C 0.5 ~ 2.5%； Y2O3 0 ~ 0.5%； Hf 0 ~ 0.5%； La2O3 0 0.5% ； Ce 0 0.5% ；余量為 Co。
上述技術(shù)方案給出的這些用于激光熔覆的合金粉末雖能在修復(fù)特定的設(shè)備部件 上取得一定的技術(shù)效果，但由于具有自身工藝特征，還不能滿足和適用于其它特定基材 激光熔覆的工藝要求，特別是在應(yīng)用激光熔覆技術(shù)制造防腐涂層上仍然存在諸如裂紋、 夾雜、氣孔、成分不均勻、性能不穩(wěn)定等缺陷。經(jīng)本申請人檢索，國內(nèi)外尚無這種具有 防腐能力的、性能穩(wěn)定的制造鍋爐管防腐涂層的合金粉末的相關(guān)報道。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有防腐能力的、性能穩(wěn)定的制造鍋爐管防腐涂層 的鎳基合金粉末，用于采用激光熔覆的方法制造防腐涂層。該鎳基合金粉末是在現(xiàn)有鎳 基粉末基礎(chǔ)上，通過至少添加微量元素Nb、Y和Hf元素中的一種進(jìn)行基體晶界強(qiáng)化，特 別是通過至少添加Ti、Si、B元素中的一種進(jìn)行合金基體強(qiáng)化，實(shí)現(xiàn)了合金在具有適中硬 度、強(qiáng)度的同時，又降低了合金熔點(diǎn)，增加了耐磨、耐蝕性能。
本發(fā)明給出的技術(shù)方案是這種制造鍋爐管防腐涂層的鎳基合金粉末，其組成 包括有Ni、Cr、Ti、Si，其特點(diǎn)是還包括有Nb、Y、Hf、B，其中各組分的(質(zhì)量百分 數(shù))為
Cr 40 45% ； Ti 4 8% ； Si 0.1 0.3% ； Nb 0.1 0.3% ；
Y 0.1 0.3% ； Hf 0.1 0.3% ； B ； 0.1 0.3% ； Ni 余量。
本發(fā)明通過大量的試驗(yàn)和創(chuàng)造性的工作，精選合金基體強(qiáng)化元素、晶粒細(xì)化晶界強(qiáng)化元素，并優(yōu)選各組成元素的百分比含量，使合金粉末獲得優(yōu)越的綜合性能，從而 實(shí)現(xiàn)了合金在具有適中硬度、強(qiáng)度的同時，又降低了合金熔點(diǎn)，增加了耐磨、耐蝕性 能。從根本上解決并提高了合金粉末在激光熔覆層中的抗裂性、成型性、工藝穩(wěn)定性和 成分均勻性，滿足了鍋爐管對熔覆層耐溫、耐蝕、耐磨和較高強(qiáng)度等的綜合性能要求。
本發(fā)明給出的制造鍋爐管防腐涂層的鎳基合金粉末是通過真空熔煉、真空氣霧 化、篩選等工序精心制備的，粒度是-100+270目。
本發(fā)明給出的制造鍋爐管防腐涂層的鎳基合金粉末，在實(shí)際熔覆操作中采用 5000WC02氣體激光器，應(yīng)用所述粉末材料的熔覆工藝參數(shù)是功率3000 5000W， 光斑直徑4mm，掃描速度8mm/s，置粉厚度0.5 1mm。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
1.在鎳鈦鉻合金基礎(chǔ)上，通過添加有關(guān)元素、使熔覆層晶粒細(xì)化和晶界得到強(qiáng) 化，并調(diào)整各元素的百分比含量，在使熔覆層得到強(qiáng)化的同時又改進(jìn)了晶界質(zhì)量，從而 使熔覆層獲得良好的綜合性能。保證了熔覆層在具有較高硬度和強(qiáng)度的同時，又降低了 熔點(diǎn)，增加了抗氧化、耐磨、耐蝕性能，從根本上解決并提高了合金粉末在激光熔覆層 中的抗裂性、成型性、工藝穩(wěn)定性和成分均勻性，滿足了鍋爐管對涂層應(yīng)具有抗氧化、 耐蝕、耐磨和較高硬度與強(qiáng)度等綜合性能要求。
2.該制造鍋爐管防腐涂層的鎳基合金粉末適用于鍋爐管激光熔覆，通過增加該 涂層材料，鍋爐管表面耐蝕耐磨性能大幅提高，解決了鍋爐壁管工作環(huán)境下要求耐腐蝕 抗磨損的難題。
具體實(shí)施方式
實(shí)例 1
選用煤粉爐鍋爐管。管壁表面用砂紙打磨干凈，熔覆前用丙酮清洗干凈。采用 的合金粉末的化學(xué)成分為Cr: 43% ； Ti 6% ； Si 0.2% ； Nb 0.2% ； Y 0.2% ； Hf 0.1%； B ； 0.3%； Ni:余量。采用C02氣體激光器，選定的激光熔覆工藝參數(shù)為 功率3000 5000W ；光斑直徑4mm，掃描速度8mm/s，置粉厚度0.8mm。
經(jīng)激光熔覆，得到的防腐層厚度在0.8mm左右，防腐層表面平整，無裂紋、氣 孔等缺陷，防腐層與母材結(jié)合為冶金結(jié)合，防腐性能良好。
實(shí)例2:
本實(shí)施方式選用的母材為45號工件。工件表面用砂紙磨削加工，去掉氧化承 層和疲勞層，熔覆前用丙酮清洗干凈。采用的鎳基合金粉末的化學(xué)成分為Cr: 42% ； Ti 8% ； Si 0.3% ； Nb 0.3% ； Y 0.3% ； Hf 0.2% ； B ； 0.2% ； Ni 余量。用 5000W C02氣體激光器，選定的激光熔覆工藝參數(shù)為功率3000 4000W，光斑直 徑4mm，掃描速度6mm/s，置粉厚度0.8mm。
經(jīng)激光熔覆，得到的防腐層厚度在0.8mm左右，防腐層表面平整，無裂紋、氣 孔等缺陷，防腐層與母材結(jié)合為冶金結(jié)合，防腐性能良好。
權(quán)利要求
1.一種制造鍋爐管防腐涂層的鎳基合金粉末，其組成包括有Ni、Cr、Ti、Si，其特 點(diǎn)是還包括有Nb、Y、Hf、B，其中各組分的(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))為Cr 40 45% ； Ti 4 8% ； Si 0.1 0.3% ； Nb 0.1 0.3% ； Y 0.1 0.3% ； Hf 0.1 0.3% ； B ； 0.1 0.3% ； Ni 余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造鍋爐管防腐涂層的鎳基合金粉末，其特征在于較好的合 金粉末組成的各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為Cr 43% ； Ti 6% ； Si 0.2% ； Nb 0.2% ； Y 0.2% ； Hf 0.1% ； B ； 0.3% ； Ni 余量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造鍋爐管防腐涂層的鎳基合金粉末，其特征在于較好的合 金粉末組成的各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為Cr 42% ； Ti 8% ； Si 0.3% ； Nb 0.3% ； Y 0.3% ； Hf 0.2% ； B ； 0.2% ； Ni 余量。
全文摘要
一種制造鍋爐管防腐涂層的鎳基合金粉末，其組成為Cr40～45％；Ti4～8％；Si0.1～0.3％；Nb0.1～0.3％；Y0.1～0.3％；Hf0.1～0.3％；B；0.1～0.3％；Ni余量。本發(fā)明精選合金基體強(qiáng)化元素、晶粒細(xì)化晶界強(qiáng)化元素，并優(yōu)選各組成元素的百分比含量，使合金粉末獲得優(yōu)越的綜合性能，從而實(shí)現(xiàn)了合金在具有適中硬度、強(qiáng)度的同時，又降低了合金熔點(diǎn)，增加了耐磨、耐蝕性能。從根本上解決并提高了合金粉末在激光熔覆層中的抗裂性、成型性、工藝穩(wěn)定性和成分均勻性，滿足了鍋爐管對熔覆層耐溫、耐蝕、耐磨和較高強(qiáng)度等的綜合性能要求。
文檔編號C22C30/00GK102021567SQ20091018757
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者劉豫, 陳常義, 陳江 申請人:沈陽大陸激光技術(shù)有限公司