一种用于激光熔覆的节镍型高耐腐蚀铁基合金粉末

本发明涉及一种用于激光熔覆的不锈钢合金粉末，具体地涉及一种用于激光熔覆的节镍型高耐腐蚀铁基合金粉末。

背景技术：

1、激光熔覆技术是一种先进的激光增材制造技术；激光熔覆是指以一定的方法将粉末预置于基体材料表面，然后激光熔化之；或者采用自动送粉器将待熔覆粉末输送到基材表面的激光熔池内，经激光熔化后，使之和基体表面熔合，形成低稀释度的与基体呈冶金结合的表面熔覆层的工艺过程；其中，前者称为预置涂层激光熔覆工艺，后者称为自动送粉激光熔覆工艺；与传统的表面涂层技术，如常规堆焊、火焰喷焊和等离子喷焊等热加工技术以及电镀、电刷镀等技术相比，激光熔覆技术具有涂层与基体结合牢固、熔覆层成分稀释率小、工件热变形小和熔覆层晶粒细小等优点；激光熔覆技术在最近几年获得了快速发展。

2、激光熔覆使用的合金粉末主要有铁基、镍基和钴基三种材料，由于铁基材料相对镍基和钴基材料便宜得多，又由于需要激光熔覆的零件表面大多数同时需要耐腐蚀和耐磨，因此目前激光熔覆使用的合金粉末大多数为不锈钢合金粉末。最近几年，镍、铜和铝等有色金属价格快速上涨，导致采用有色金属作原料的不锈钢粉末价格也随之上涨，给激光熔覆技术的进一步普及和推广带来了不利影响。镍是不锈钢中经常采用的原材料，但镍资源是一种世界稀缺的资源，也是重要的战略物质，目前全球储量只有6000万吨左右，而每年使用量约为150万吨，大约40年后就没有了，最近几年镍价格上涨很快。

3、目前激光熔覆常用的不锈钢粉末有316l、jg-3和431等；但这些合金钢粉末都存在一定问题：316l的使用量较小，316l的优点在于碳含量很低（≤0.030 wt%），有着高的镍含量（约12%wt）和较高的钼含量（约2.8%wt），耐腐蚀性很好，但缺点在于镍含量高，碳含量很低需要采用金属纯铬，材料成本高，另外由于镍是强奥氏体化元素，奥氏体硬度低，使得激光熔覆层硬度低，约为25hrc，只适合于零件外表需要有高耐腐蚀性而耐磨性不高的场合；jg-3目前的使用量大，jg-3的优点在于有一定的镍含量（约4%wt）和钼含量（约1.8%wt），耐腐蚀性较好，熔覆层硬度较高，约为45hrc，可以满足需要表面具有较好耐腐蚀性和一定耐磨性的零件，比如液压支架和注塑模，但jg-3 的缺点在于在镍价格高涨、激光熔覆不锈钢粉末价格激烈竞争的今天，镍含量还是偏高，导致成本偏高；431目前的使用量也比较大，431的优点在于镍含量（约2.5%wt）较低，材料成本较低，熔覆层硬度高，约54hrc，耐磨性高，431的缺点在于镍含量较低，钼含量（≤0.3%wt）极少，熔覆层耐腐蚀性一般。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于激光熔覆的节镍型高耐腐蚀铁基合金粉末，使得激光熔覆层有高的耐腐蚀性，并且材料成本较低，在无预热和后热的条件下即可获得无裂纹、表面平整美观的激光熔覆层。

2、为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种主要用于激光熔覆的节镍型高耐腐蚀铁基合金粉末，包括下述质量百分数的成分：0.02-0.25%的碳（c）；17.5-25.0%的铬（cr）；0-1.48%的镍（ni）；0.55-2.5%的钼（mo）；0.4-1.5%的硼（b）；0.25-0.99%的硅（si）；余量为铁（fe），其重量之和为100%。

3、另外，粉末中会带有少量的、无法避免的磷（p）、硫（s）和氧（o）等杂质。

4、进一步的，在上述粉末元素基础上可以添加铌（nb）、钒（v）、钛（ti）、钨（w）、铜（cu）、铝（al）、钴（co）、锰（mn）、氮（n）、锆（zr）、铍（be）、铈（ce）、钇（y）、镧（la）、钽（ta）和铪（hf）等元素，这些元素可以单独添加质量百分数为0-0.9%的量，也可以混合添加，总量可以不限于0.9%。少量添加这些元素可以起到一定的减少碳化铬和晶界贫铬区的产生、熔覆层表面生成致密牢固均匀钝化膜、改善组织、细化晶粒、固溶和沉淀强化提高硬度、净化晶界、减少气孔裂纹和夹杂、提高耐腐蚀性等的作用。

5、进一步的，在上述粉末元素基础上可以另外添加稀土氧化物或稀土化合物：氧化铈（ceo2）、氧化钇（y2o3）、氧化镧（la2o3）和硼化镧（lab6）等。这些稀土氧化物或稀土化合物可以单独添加质量百分数为0-0.9%的量，也可以混合添加，总量可以不限于0.9%。 少量添加这些稀土氧化物或稀土化合物可以起到一定的细化晶粒、减少气孔裂纹和成分偏析、均匀熔覆层成分和组织、降低稀释率、在熔覆层表面形成均匀致密钝化膜从而提高熔覆层的硬度、耐磨性、耐蚀性和韧性等的作用。

6、本发明的粉末通过以下步骤实现：

7、可以采用感应加热雾化制粉的方式获得粉末，也就是将工业纯铁、硼铁、硅铁、低碳铬铁和钼铁等原料按质量百分比配料，然后在感应加热炉中加热熔化成合金熔液，然后采用气雾化或水雾化的方式把合金熔液变成合金粉末；也可以按质量百分比将化合物粉末或单质粉末机械混合均匀。

8、将按上述方法获得的粉末进行激光熔覆（包括普通激光熔覆或高速激光熔覆或超高速激光熔覆），获得的激光熔覆层硬度为：32-55hrc。

9、本发明相比现有技术具有如下优点：

10、1、高铬低镍甚至无镍的成分设计

11、本发明采用高铬（质量百分比：17.5%-25%）低镍甚至无镍（质量百分比：0%-1.48%）的成分设计，具体是采用廉价耐腐蚀元素铬全部取代或者大部分取代贵重强奥氏体化元素镍，达到提高熔覆层耐腐蚀性和硬度、耐磨性，降低材料成本的目的。

12、2、低碳低硼低硅的成分设计

13、本发明采用低碳（质量百分比：0.02%-0.25%）、低硼（质量百分比：0.4%-1.5%）、低硅（质量百分比：0.25%-0.99%）的成分设计，原因在于：低的碳含量使熔覆层有良好的塑韧性，使熔覆层在激光熔覆过程中不会开裂，更重要的是，低的碳含量会使熔覆层有良好的耐腐蚀性；在不锈钢粉末中添加一定比例的硼和硅会增加熔覆层的硬度，也会降低熔覆层的熔点，使熔覆层表面平整美观，但是高含量的硼和硅也会在熔覆层中生成夹杂，降低熔覆层的耐腐蚀性，因此本发明采用低的硼含量和低的硅含量。

14、综合来讲，本发明通过对粉末成分和含量进行限定，提出本申请不锈钢合金粉末适用于液压支架和注塑模等工件表面的激光熔覆，所得工件的表面激光熔覆合金层相对市场现有产品具有更高的硬度和耐磨性或更好的耐腐蚀性，较低的价格。

技术特征：

1.一种用于激光熔覆的节镍型高耐腐蚀铁基合金粉末，其特征在于，包括下述质量百分数的成分：0.02-0.25%的碳（c）；17.5-25.0%的铬（cr）；0-1.48%的镍（ni）；0.55-2.5%的钼（mo）；0.4-1.5%的硼（b）；0.25-0.99%的硅（si）；余量为铁（fe），其重量之和为100%。

2.根据权利要求1所述的一种用于激光熔覆的节镍型高耐腐蚀铁基合金粉末，其特征在于，包括下述质量百分数的成分：0.02-0.18%的碳（c）；19.0-25.0%的铬（cr）；0-1.48%的镍（ni）；0.55-2.5%的钼（mo）；0.4-0.96%的硼（b）；0.25-0.99%的硅（si）；余量为铁（fe），其重量之和为100%。

3.根据权利要求1所述的一种用于激光熔覆的节镍型高耐腐蚀铁基合金粉末，其特征在于，还包括0-0.85%的铌（nb）。

技术总结本发明涉及一种用于激光熔覆的不锈钢合金粉末，具体地涉及一种用于激光熔覆的节镍型高耐腐蚀铁基合金粉末，包括下述质量百分数的成分：0.02‑0.25%的碳（C）；17.5‑25.0%的铬（Cr）；0‑1.48%的镍（Ni）；0.55‑2.5%的钼（Mo）；0.4‑1.5%的硼（B）；0.25‑0.99%的硅（Si）；余量为铁（Fe），其重量之和为100%；本发明的目的是提供一种用于激光熔覆的节镍型高耐腐蚀铁基合金粉末，使得激光熔覆层有高的耐腐蚀性，并且材料成本较低，在无预热和后热的条件下即可获得无裂纹、表面平整美观的激光熔覆层。技术研发人员：李胜,黄丽婷,韩立发,张聪,莫逸飞,柏帆,罗颂玟受保护的技术使用者：东莞理工学院技术研发日：技术公布日：2024/6/5