[发明专利]一种可用于提高不锈钢表面微裂纹激光修复件断裂性能的粉末

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种合金材料技术领域的粉末，具体是指一种提高不锈钢表面微裂纹激光修复件断裂性能的粉末。

背景技术

在修复技术领域，传统的修复方法，如氩弧焊、等离子喷涂，虽然工艺简单，但在修复过程中热输入量较大，热影响区极易出现热裂纹，使用时容易产生开裂甚至脱落等问题，很难对废旧的零件进行恢复和性能的提升，因此这些方法的应用具有很大的局限性。

激光修复技术是通过在基材的表面微小裂纹处添加材料，利用高能密度激光束使之与基材表面薄层一起快速熔凝，从而达到修复金属表面微小裂纹的目的。然而传统的激光修复添加粉末在使用过程中也有出现一些缺陷，比如激光修复层和基体的结合面融合性差、修复层中出现裂缝等等。目前，没有专用于激光修复的金属粉末来提高工件的断裂性能，尤其是对不锈钢零件。

因此，我们有必要提供一种可用于提高不锈钢表面微裂纹激光修复件断裂性能的粉末，在使表面裂纹闭合的同时达到高强度、强韧性，改善其断裂性能。

发明内容

为了克服上述激光修复添加粉末的缺陷，本发明的目的是提供一种复合粉末，用于不锈钢表面微裂纹处的激光修复，最终得到结合紧密的界面，并提高断裂性能。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种可用于提高不锈钢表面微裂纹激光修复件断裂性能的粉末，所述的复合粉末包括重量百分比为1％-10％的纳米WC，余量为微米级的不锈钢粉末；所述的不锈钢粉末包含重量百分比为0.08％的C，0.5％的Si，1.46％的Mn，0.03％的P，0.005％的S，19％的Cr，9.5％的Ni，0.5％的Mo，余量为Fe。

所述纳米WC粉末为近乎完美的球形粒子；纳米WC粉末和不锈钢粉末通过机械球磨充分混合，然后利用无水乙醇调和后进一步混合均匀。所述的纳米WC粉末颗粒的粒径为50-80nm，纯度为99.99％；所述的不锈钢粉末具有与基体融合性好，其性能优于基体的特性，不锈钢粉末颗粒的粒径为30-50μm，纯度为99.9％。

不锈钢粉末成分与基体材料成分相似，这样复合粉末的热膨胀系数和熔点与基体材料的相近，从而增加修复层与基体的亲和性，使该复合粉末在不锈钢表面微小裂纹处充分均匀融合，提高修复层与基体冶金结合的强度。

由于纳米WC高熔点的特性，使得其在激光束的高能量下只会熔解一部分。未熔解的纳米WC作为强化颗粒存在于修复层中，起到异质形核的作用，不仅阻碍了晶粒的长大，最终形成均匀细小的晶粒，而且细小的颗粒起着填充和桥联的作用，提高了组织的致密化程度。在激光束的高能量密度下分解的纳米WC颗粒，同时又会与其他元素发生结合，不仅净化了晶界，还会形成各种碳化物，起到固溶强化的作用。

本发明相比现有技术具有如下优点：

本发明提出的上述成分的复合粉末，特别适用于有断裂性能要求的不锈钢零件表面微小裂纹的激光修复。利用此复合粉末进行激光修复时，工艺性能好，无需对工件进行预热和后续热处理；复合粉末在激光修复作用下，和不锈钢表面微小裂纹充分均匀的融合，有效的使表面微小裂纹尖端闭合，解决了不锈钢表面微小裂纹的问题，大幅度提高工件的断裂性能。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1：按重量百分比计，包含4％的纳米WC(50-80nm)，余量为微米级的不锈钢粉末(30–50μm)。其中不锈钢粉末中，含有0.08％的C，0.5％的Si，1.46％的Mn，0.03％的P，0.005％的S，19％的Cr，9.5％的Ni，0.5％的Mo，余量为Fe。采用上述配方，将各种粉末经过机械球磨充分混合，然后利用无水乙醇调和后进一步混合均匀。

在激光熔覆修复工艺前，对复合粉末进行温度为150℃、时间为2h的干燥处理；利用400-2000号的砂纸依次对待修复区域进行打磨，接着用无水乙醇清洗，然后烘干；将配比的复合粉末均匀预置在基体不锈钢待修复的表面微小裂纹处，预置厚度控制在0.8-1.2mm，保证表面平整、孔隙率低；采用激光修复技术，修复不锈钢表面微小裂纹，工艺参数为：激光功率1.5-3KW，激光修复时间为1-2s，光斑直径3.0-5.0mm，离焦量为220-240mm。

经过激光修复后，各个载荷下试件的断裂参量COD均有所减小，如下表1所示，其中在20kN的载荷下，试件的断裂参量COD减小18.9％，表明修复后试件的断裂性能有所提高。

表1不同载荷下试件的COD对比