激光熔覆用wflc11鈷基合金粉末的研究

激光熔覆用wflc11鈷基合金粉末的研究

結果表明，經(jīng)過多年的光學吸收結果表明，目前，原材料的耐腐蝕性鉻粉末主要根據(jù)火焰擴散和離子噴射工藝的特點進行設計和生產(chǎn)，不能滿足激光熔合的需要。迫切需要研究適合激光熔合工藝特點的納米粉末。而激光熔覆用合金粉末中硼、硅含量要比火焰噴涂、等離子噴焊用的低。為此我們研制了WFLC-11鈷基合金粉末,其中硼、硅含量比Co2、WF141等鈷基合金粉末的低,激光熔覆時抗開裂性較好。為了推廣使用,進行了熔覆層厚度-激光比能量的關系曲線和性能研究,并與Stellite6合金粉末等離子噴焊層進行了性能對比。其性能數(shù)據(jù)說明WFLC-11鈷基合金粉末是一種較理想的激光熔覆用鈷基合金粉末;實驗獲得的熔覆層厚度-激光比能量的關系曲線為應用提供了參考數(shù)據(jù)。1試驗條件1.1粉末成分WFLC-11合金粉末和Stellite6合金粉末成分見表1。1.2q3鋼板的制備試樣為70mm×50mm×10mm的Q235鋼板;設備包括TJ-HL-5000型數(shù)控CO2激光加工機(最大額定輸出功率5kW)。2試驗和結果分析2.1最佳熔覆層厚度的確定研究表明:激光熔覆的粉末量及熔覆層質量主要由激光比能量決定。功率太高,熔覆層的稀釋率高;功率太低,粉末不能熔透,熔覆層中有生粉夾雜,甚至不成型。即一定厚度的熔覆層所需的激光熔覆密度有一定的范圍。由于在其他激光熔覆工藝參數(shù)一定的情況下,掃描速度越快,即激光比能量越小,熔覆層的稀釋率越低,單位時間熔覆的面積越大。所以激光熔覆所需的最小功率密度是工藝制定的主要參數(shù)。由于激光熔覆所需的最小功率密度沒有統(tǒng)一標準或定義,綜合各種定義或標準,本試驗將“熔覆層接觸角大于90°,表面由不甚光滑到光滑的激光功率密度”定為激光熔覆最小功率密度,則激光比能量G=P/VsD。其中,P為激光功率密度,Vs為掃描速度(mm/s),D為光斑直徑(mm)。根據(jù)公式G=P/VsD,要獲得一定寬度的最佳熔覆狀態(tài)的比能量,可按下述方法進行:(1)通過調(diào)節(jié)激光功率P,改變?nèi)鄹矔r的比能量G,造成熔覆狀態(tài)的改變;(2)當單用功率調(diào)節(jié)不行時,改變掃描速度Vs也可改變激光比能量,以獲得最佳熔覆狀態(tài),但這時還要同時改變送粉量Vg以保持熔覆層厚度不變。本試驗工藝參數(shù)就是按上述方法制定的,通過逐漸逼近法,觀察熔覆層表面狀態(tài),將接觸角小于90°、表面由不甚光滑到光滑——最佳熔覆狀態(tài)的激光熔覆工藝參數(shù)記錄下來,并計算比能量。通過對0.5,1.0,1.5,2.0mm4種常用厚度,5,7,10mm3種熔覆層寬度的WFLC-11合金粉末激光熔覆層進行試驗,獲得了不同寬度的激光熔覆層厚度-激光比能量關系曲線圖見圖1。由圖1可見,隨著熔覆層厚度增加,所需激光比能量增加;隨著熔覆層寬度增加,獲得同厚度熔覆層的激光比能量增加。根據(jù)圖1的數(shù)據(jù)和公式G=P/VsD,用2kW激光功率獲得5mm寬、1.0mm厚、1000mm長的激光熔覆層約需1.8min;用4.5kW激光功率獲得7mm寬、2.0mm厚、1000mm長的激光熔覆層約需5.0min。2.2等離子噴焊stellity6合金層試樣的制備試樣制取方法:用1.06J/mm比能量(P=2.7kW,Vs=375mm/min,D=7mm),30%的搭接率,按每層厚度約1mm,在試樣上獲得3層約3mm厚的激光熔覆試驗。等離子噴焊Stellite6合金層試樣在PDA-400型等離子噴焊設備上進行,噴焊層厚度約3mm。熔覆(或噴焊)后試樣用線切割割取橫截面作金相試樣和顯微硬度試樣;用線切割在磨平表面的試樣表面割取40mm×20mm×1mm或40mm×40mm×1mm腐蝕試樣、?16mm×5mm高溫硬度試樣。2.2.1圖2:222用王水腐蝕后的試樣金相顯微照片見圖2,圖3。由圖可見,WLC-11合金粉末激光熔覆層金相組織比Stellite6等離子噴焊層的細小得多。2.2.2行,以行,結果見圖2高溫硬度測試在KL-A型真空高溫維氏硬度計上進行,結果見圖4。由圖可見,WFLC-11激光熔覆層的高溫硬度比等離子噴焊Stellite6合金粉末更好,完全能滿足各種高溫閥門和氣門的工況條件。2.2.3wflc-11合金層的耐蝕性試驗按GB4334.6—84《不銹鋼——硫酸腐蝕試驗方法》進行,即在5%硫酸中沸騰6h,結果見表2。結果表明,激光熔覆的WFLC-11合金層具有很好的耐蝕性,其腐蝕速率比等離子噴焊Stellite6的低一個數(shù)量級。一起進行試驗的等離子噴焊WFLC-11合金熔覆層腐蝕速率為1049g/(m2·h),明顯高于激光熔覆層的,這說明激光熔覆層耐腐蝕性能更好,其原因是激光熔覆層致密度更高。3氣孔密封面廣某內(nèi)燃機車氣門密封面在大修時都已磨損,用手工堆焊或等離子噴焊都存在氣門密封面易產(chǎn)生開裂或氣孔等問題,大都被迫報廢。我們用激光熔覆WFLC-11鈷基合金修復了數(shù)百支氣門,均滿足氣門密封面的技術要求,為鐵路機務段節(jié)約了成本。4wflc-11的晶體結構及應用(1)根據(jù)常用厚度與最小比能量關系曲線,激光比能量隨著WFLC-11合金熔覆層厚度或寬度的增加而增加。用戶可以根據(jù)這些曲線和變化趨勢制定WFL