一種激光-感應(yīng)復(fù)合熔覆柱晶NiCrAlY涂層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆柱晶NiCrAH涂層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相對于普通精密鑄造合金而言，定向凝固高溫合金沒有垂直于應(yīng)力方向的橫向晶界，因此具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、抗蠕變、熱疲勞與振動(dòng)阻尼性能，目前在先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片和導(dǎo)向葉片等領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用。但是，定向凝固高溫合金葉片在生產(chǎn)中可能存在局部冶金缺陷，這些缺陷如果是在葉片的頂部或中部將嚴(yán)重影響葉片的使用性能。因此，修復(fù)價(jià)格昂貴的定向凝固高溫合金葉片，保證其安全穩(wěn)定運(yùn)行，延長其使用壽命，具有十分重要的理論意義與工程應(yīng)用價(jià)值。
[0003]但是，定向凝固高溫合金的鑄造組織晶粒粗大，合金元素偏析嚴(yán)重，沉淀強(qiáng)化合金元素含量高，可焊接性差。因此，常規(guī)堆焊方法的熱輸入量較大，葉片的熱影響區(qū)極易出現(xiàn)裂紋，局部發(fā)生重結(jié)晶而破壞定向凝固特征，影響使用壽命。激光熔覆具有高能密度、低熱輸入量以及快速加熱與快速凝固等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)激光熔覆過程中的超高溫度梯度有利于顯微結(jié)構(gòu)的定向凝固生長，因此被認(rèn)為是一種最佳的高溫合金葉片的修復(fù)方法。
[0004]目前，一般采用激光熔覆NiCrAH涂層來修改定向凝固高溫合金葉片。其中，激光熔覆NiCrAH涂層使用的NiCrAH粉末通常為商用的熱噴涂粉末，并不適合于激光熔覆快速加熱與快速凝固的工藝本性，導(dǎo)致激光熔覆NiCrAH涂層修復(fù)定向凝固高溫合金葉片過程中，低熔共晶造成的熱裂紋傾向很大；如果工藝參數(shù)控制不當(dāng)，極易導(dǎo)致NiCrAH涂層內(nèi)柱狀晶向等軸晶的轉(zhuǎn)變，從而使形成多晶的NiCrAH涂層，大幅度地降低其抗高溫氧化性能。因此，如何抑制柱狀晶向等軸晶的轉(zhuǎn)變，獲得單晶NiCrAlY涂層，從而大幅度提高NiCrAH涂層的抗高溫氧化性能無論在軍機(jī)或民機(jī)上都是亟待解決的關(guān)鍵問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆柱晶NiCrAH涂層的方法，制備適合于激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆工藝特征(快速加熱與快速凝固)的NiCrAH粉末，抑制NiCrAH涂層內(nèi)柱狀昌向等軸晶的轉(zhuǎn)變，獲得呈柱狀晶生長的單晶NiCrAH涂層，可大幅度提高涂層的抗高溫氧化性能與使用壽命。
[0006]本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，其特征是方法步驟為:
(I)首先將N1-20Cr粉、Al粉與Y2O3粉按質(zhì)量百分比89: 10:1混合，機(jī)械攪拌均勻后形成起始NiCrAH粉末，然后放置于QM-3SP2型行星式球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行機(jī)械合金化處理，獲得物相結(jié)構(gòu)為γ-Ν?/γ’-Ν?3Α1的球磨NiCrAH粉末，其中，Ni_20Cr粉中Cr的質(zhì)量百分含量為20%，N1-20Cr粉、Al粉與Y2O3粉的粒徑均為40~60 μ m ;機(jī)械合金化的工藝參數(shù)為:轉(zhuǎn)速為250-300轉(zhuǎn)/分；球磨時(shí)間為20-30小時(shí)，球磨環(huán)境為液氮，鋼球與起始NiCrAH粉末的質(zhì)量百分比為32:1 ； (2)將球磨NiCrAH粉末采用多道多層激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆的方法，在經(jīng)過除油與除銹處理的鎳基高溫合金表面制備成物相結(jié)構(gòu)為γ-Ν?/γ ’-Ni3Al的柱晶NiCrAH涂層，使用的激光器為橫流0)2激光器，使用的感應(yīng)加熱器為集成模塊型高頻感應(yīng)加熱器，具體工藝參數(shù)為:激光功率1~2 kW、激光掃描速度300~1000 mm/min、光斑直徑0.5-2.5 mm、感應(yīng)加熱功率5~20 kW、感應(yīng)加熱線圈與鎳基高溫合金表面的距離為2-15 mm、鎳基高溫合金被預(yù)熱的溫度為100-300°C、送粉率10~80 g/min、噴射角45~53°、粉末噴嘴與鎳基高溫合金表面的垂直距離為10-15 mm ；
(3)當(dāng)激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆完一道之后，沿激光掃描速度的垂直方向移動(dòng)數(shù)控機(jī)床，其移動(dòng)的距離為激光光斑直徑的40~60% ；
(4)檢測NiCrAH涂層的厚度是否達(dá)到預(yù)期的要求，如果沒有，將激光頭沿Z軸方向上升一段距離ΔΖ，該距離ΔΖ為上一 NiCrAH涂層的厚度，重復(fù)步驟(2) —(3)，直到NiCrAH涂層達(dá)到所要求的厚度。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:(I)球磨NiCrA；LY粉末適合于激光一感應(yīng)復(fù)合恪覆工藝特征，制備的NiCrAH無氣孔與裂紋；(2)克服了單純激光熔覆NiCrAH涂層柱狀晶易向等軸晶轉(zhuǎn)變的問題，在高效率加工條件下，獲得柱狀晶NiCrAH涂層；(3)激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆柱晶NiCrAH涂層具有優(yōu)異的抗高溫氧化性能，相對于單純激光熔覆或等離子噴涂相同成分材料的抗尚溫氧化性能提尚2—5 1??，服役壽命大幅度提尚。
【具體實(shí)施方式】
[0008]以下對本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本實(shí)施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0009]實(shí)施例1
在基材鎳基高溫合金GH4169表面制備柱晶NiCrAH涂層，該涂層的厚度為3 mm。本實(shí)施例的實(shí)施過程為:
(1)首先將N1-20Cr粉、Al粉與Y2O3粉按質(zhì)量百分比89:10:1混合，機(jī)械攪拌均勻后形成起始NiCrAH粉末，然后放置于QM-3SP2型行星式球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行機(jī)械合金化處理，獲得物相結(jié)構(gòu)為γ-Ν?/γ’-Ν?3Α1的球磨NiCrAH粉末，其中，Ni_20Cr粉中Cr的質(zhì)量百分含量為20%，N1-20Cr粉、Al粉與Y2O3粉的粒徑均為40~60 μ m ;機(jī)械合金化的工藝參數(shù)為:轉(zhuǎn)速為250轉(zhuǎn)/分；球磨時(shí)間為20小時(shí)，球磨環(huán)境為液氮，鋼球與起始NiCrAH粉末的質(zhì)量百分比為32:1 ；
(2)將球磨NiCrAH粉末采用多道多層激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆的方法，在經(jīng)過除油與除銹處理的鎳基高溫合金表面制備成物相結(jié)構(gòu)為γ-Ν?/γ ’-Ni3Al的柱晶NiCrAH涂層，使用的激光器為橫流0)2激光器，使用的感應(yīng)加熱器為集成模塊型高頻感應(yīng)加熱器，具體工藝參數(shù)為:激光功率I kW、激光掃描速度360 mm/min、光斑直徑1.0 mm、感應(yīng)加熱功率8 kW、感應(yīng)加熱線圈與鎳基高溫合金表面的距離為5 _、鎳基高溫合金被預(yù)熱的溫度為150°C、送粉率15 g/min、噴射角45°、粉末噴嘴與鎳基高溫合金表面的垂直距離為10 mm ；
(3)當(dāng)激光一感應(yīng)復(fù)合熔覆完一道之后，沿激光掃描速度的垂直方向移動(dòng)數(shù)控機(jī)床，其移動(dòng)的距離為激光光斑直徑的40% ;
(4)檢測NiCrAH涂層的厚度是否達(dá)到預(yù)期的要求，如果沒有，將激光頭沿Z軸方向上升一段距離ΔΖ，該距離ΔΖ為上一 NiCrAH涂層的厚度，重復(fù)步驟(2) —(3)，直到NiCrAH涂層達(dá)到所要求的厚度。
[0010]實(shí)施例2