[发明专利]利用超声场和激光表面重熔提高合金高温抗氧化性的方法

说明书

本发明提供一种利用超声场和激光表面重熔提高合金高温抗氧化性的方法，包括：提供高温合金试样，将高温合金试样与超声波发生器连接，使得超声波能加载在高温合金试样上；使用大功率、大光斑直径的激光，第一次重熔高温合金试样的表面；采用低功率、小光斑直径的激光，第二次重熔高温合金试样的表面；对第二次重熔后的表面进行缺陷处理。本发明将大光斑激光、小光斑激光和超声波结合，在表面形成多层次的小晶粒，合金从表面到基体形成超细晶、细晶和基体粗晶结构，相较于现有技术，合金表面晶粒呈多层次的梯度分布，晶粒更加细小、缺陷较少，具有更优异的抗氧化性能。

技术领域

本发明涉及高温合金技术领域，具体地，涉及一种利用超声场和激光表面重熔提高合金高温抗氧化性的方法。

背景技术

高温合金在服役过程中会受到氧化作用，这会大大降低合金零部件服役寿命。细化高温合金晶粒尺寸、增加晶界密度，有利于Cr原子外扩散形成致密的保护性氧化膜，从而提高合金的抗氧化性能。

现有采用激光细化合金表面晶粒的方法主要有表面熔覆和激光表面重熔。激光表面熔覆是采用激光将一层异种粉末熔覆在合金表面，形成具有特定功能的梯度材料。这会导致熔覆层元素向基体扩散，且其目的是利用熔覆层的异种材料实现抗氧化的目的。

常规的激光表面重熔采用单一直径的激光熔化合金表面，其光斑直径通常为数毫米，熔池深度可达数百微米，接近1毫米，在合金表面形成细小柱状晶粒，而基体保持为粗大晶粒；在高温氧化过程中，由于基体晶粒粗大，Cr通过晶界的外扩散缓慢，导致基体中Cr原子难以及时扩散到合金表面，从而在氧化层和基体中间形成贫Cr区；同时，激光重熔过程中由于气体的卷入、匙孔的产生，在熔池中会导致气孔残留，这无益于材料力学性能和抗氧化性能。

因此，有必要提出一种新的方法，以提高高温合金的抗氧化性能。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种利用超声场和激光表面重熔提高合金高温抗氧化性的方法，采用不同光斑直径、功率的激光重熔合金表面，在合金表面形成超细晶、细晶和粗晶梯度组织；采用超声场辅助的激光重熔技术在合金表面制备了细晶区域，从而提高合金的抗氧化性能。

根据本发明的一个方面，提供一种利用超声场和激光表面重熔提高合金高温抗氧化性的方法，包括：

提供高温合金试样，将高温合金试样与超声波发生器连接，使得超声波能加载在高温合金试样上；

使用大功率、大光斑直径的激光，第一次重熔高温合金试样的表面；

采用低功率、小光斑直径的激光，第二次重熔高温合金试样的表面；

对第二次重熔后的表面进行缺陷处理。

进一步地，在将高温合金试样与超声波发生器连接之前，还包括对合金进行预处理，所述预处理包括：去除高温合金试样表面的氧化层和油污，然后进行喷砂处理。

进一步地，所述将高温合金试样与超声波发生器连接，包括：超声波的频率为20～50KHZ，超声波的振幅不高于200μm。

进一步地，所述使用大功率、大光斑直径的激光，第一次重熔高温合金试样的表面，包括：激光功率为300～6000W，光斑直径为2～10mm，激光扫描速率为1～50mm/s，熔道搭接率为20％～50％。

进一步地，所述使用大功率、大光斑直径的激光，第一次重熔高温合金试样的表面，包括：激光重熔过程中，采用惰性气体保护重熔表面。

进一步地，所述惰性气体为氮气或氩气，气体流量为5～30L/min。

进一步地，所述采用低功率、小光斑直径的激光，第二次重熔高温合金试样的表面，包括：激光光斑直径为20～100μm，扫描速率为300～2000mm/s，激光功率为50～500W，熔道搭接率为20％～50％。