雷射熔覆修復風電齒輪箱部件的熔覆材料及其製備方法與流程
2023-05-19 08:34:46 2
本發明涉及雷射熔覆修復風電齒輪箱部件的熔覆材料及其製備方法，具體屬於雷射熔覆材料技術領域。
背景技術：
雷射熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的塗層材料經雷射輻照使之和基體表面一薄層同時熔化，並快速凝固後形成稀釋度極低，與基體成冶金結合的表面塗層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法，從而達到表面改性或修復的目的，既滿足了對材料表面特定性能的要求，又節約了大量的貴重元素。與堆焊、噴塗、電鍍和氣相沉積相比，雷射熔覆具有稀釋度小、組織緻密、塗層與基體結合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點，因此雷射熔覆技術應用前景十分廣闊。現有的用於雷射熔覆修復的熔覆材料，在耐磨性、耐蝕性等性能上仍存在不足，因此，研究一種解決上述問題的熔覆材料，顯得尤為必要。
技術實現要素：
為解決現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種雷射熔覆修復風電齒輪箱部件的熔覆材料及其製備方法，該熔覆材料具有優良的耐磨性和耐蝕性；該製備方法步驟簡單，條件易控制。
為了實現上述目標，本發明採用如下的技術方案：
一種雷射熔覆修復風電齒輪箱部件的熔覆材料，按照重量份數計，由fe65～80份、鎳包碳化鎢30～35份、氧化鈰5～15份、氧化鏑5～15份、氧化釤5～15份、氧化釔5～15份、si15～25份、mo10～20份、ni30～40份、b5～8份、ti10～20份和石墨碳粉35～45份組成。
進一步地，前述雷射熔覆修復風電齒輪箱部件的熔覆材料，按照重量份數計，由fe70～80份、鎳包碳化鎢30～35份、氧化鈰10～15份、氧化鏑10～15份、氧化釤5～10份、氧化釔5～10份、si18～25份、mo14～20份、ni30～36份、b5～8份、ti13～20份和石墨碳粉35～42份組成。
優選地，前述雷射熔覆修復風電齒輪箱部件的熔覆材料，按照重量份數計，由fe75份、鎳包碳化鎢33份、氧化鈰12份、氧化鏑11份、氧化釤8份、氧化釔7份、si23份、mo17份、ni32份、b6份、ti16份和石墨碳粉39份組成。
前述雷射熔覆修復風電齒輪箱部件的熔覆材料中，各組分均為純度≥99％的粉末，粒徑為200～400目。
一種雷射熔覆修復風電齒輪箱部件的熔覆材料的製備方法，包括以下步驟：按量稱取各組分，先取fe粉、si粉、mo粉、ni粉、b粉、ti粉和石墨碳粉，進行幹磨，隨後加入鎳包碳化鎢進行研磨，最後加入氧化鈰、氧化鏑、氧化釤和氧化釔，進行球磨，得到混合粉末，乾燥即得。
前述雷射熔覆修復風電齒輪箱部件的熔覆材料的製備方法中，幹磨是指以130～150r/min的速度球磨5～8h，球料比為15～25︰0.2～1。
前述雷射熔覆修復風電齒輪箱部件的熔覆材料的製備方法中，研磨時長2～5h。
前述雷射熔覆修復風電齒輪箱部件的熔覆材料的製備方法中，球磨時長為6～10h，球料比為10～30︰0.5～2。
前述雷射熔覆修復風電齒輪箱部件的熔覆材料的製備方法中，乾燥為在120℃下乾燥8h。
本發明的有益之處在於：本發明提供的一種雷射熔覆修復風電齒輪箱部件的熔覆材料，通過雷射熔覆技術對損傷風電齒輪箱部件進行修復，本發明的熔覆材料經過雷射熔覆後形成修復層，該修復層硬度高，具有優良的耐磨性能。雷射熔覆後採用遠場渦流檢測儀進行檢測，修復層沒有發現裂紋。雷射熔覆後的樣品組織緻密、無裂紋氣孔等缺陷、熔覆材料同基體完全結合。通過本發明熔覆材料得到的修復層還具有良好的耐蝕性能，可以長期使用。本發明的製備方法步驟簡單，易操作，條件易控制。
具體實施方式
以下結合具體實施例對本發明作進一步的介紹。
實施例1
雷射熔覆修復風電齒輪箱部件的熔覆材料，按照重量份數計，由fe65份、鎳包碳化鎢30份、氧化鈰5份、氧化鏑5份、氧化釤15份、氧化釔15份、si15份、mo10份、ni30份、b5份、ti10份和石墨碳粉35份組成。各組分均為純度≥99％的粉末，粒徑為200目。
實施例2
雷射熔覆修復風電齒輪箱部件的熔覆材料，按照重量份數計，由fe80份、鎳包碳化鎢35份、氧化鈰15份、氧化鏑15份、氧化釤5份、氧化釔5份、si25份、mo20份、ni40份、b8份、ti20份和石墨碳粉45份組成。
實施例3
雷射熔覆修復風電齒輪箱部件的熔覆材料，按照重量份數計，由fe75份、鎳包碳化鎢33份、氧化鈰12份、氧化鏑11份、氧化釤8份、氧化釔7份、si23份、mo17份、ni32份、b6份、ti16份和石墨碳粉39份組成。各組分均為純度≥99％的粉末，粒徑為300目。
實施例4
雷射熔覆修復風電齒輪箱部件的熔覆材料，按照重量份數計，由fe70份、鎳包碳化鎢31份、氧化鈰10份、氧化鏑13份、氧化釤10份、氧化釔9份、si18份、mo15份、ni35份、b7份、ti19份和石墨碳粉42份組成。
實施例5
雷射熔覆修復風電齒輪箱部件的熔覆材料，按照重量份數計，由fe68份、鎳包碳化鎢34份、氧化鈰8份、氧化鏑9份、氧化釤13份、氧化釔12份、si20份、mo14份、ni36份、b8份、ti13份和石墨碳粉44份組成。各組分均為純度≥99％的粉末，粒徑為400目。
實施例6
雷射熔覆修復風電齒輪箱部件的熔覆材料，按照重量份數計，由fe76份、鎳包碳化鎢32份、氧化鈰14份、氧化鏑12份、氧化釤6份、氧化釔10份、si16份、mo12份、ni31份、b6份、ti15份和石墨碳粉38份組成。
實施例1～6中熔覆材料是通過實施例7～9中方法製備的。
實施例7
雷射熔覆修復風電齒輪箱部件的熔覆材料的製備方法，包括以下步驟：按量稱取各組分，先取fe粉、si粉、mo粉、ni粉、b粉、ti粉和石墨碳粉，進行以130r/min的速度球磨8h，球料比為15︰0.2；隨後加入鎳包碳化鎢進行研磨，研磨時長2h；最後加入氧化鈰、氧化鏑、氧化釤和氧化釔，進行球磨，球磨時長為6h，球料比為10︰0.5，得到混合粉末，在120℃下乾燥8h即得。
實施例8
雷射熔覆修復風電齒輪箱部件的熔覆材料的製備方法，包括以下步驟：按量稱取各組分，先取fe粉、si粉、mo粉、ni粉、b粉、ti粉和石墨碳粉，進行以150r/min的速度球磨5h，球料比為25︰1；隨後加入鎳包碳化鎢進行研磨，研磨時長5h；最後加入氧化鈰、氧化鏑、氧化釤和氧化釔，進行球磨，球磨時長為10h，球料比為30︰2，得到混合粉末，在120℃下乾燥8h即得。
實施例9
雷射熔覆修復風電齒輪箱部件的熔覆材料的製備方法，包括以下步驟：按量稱取各組分，先取fe粉、si粉、mo粉、ni粉、b粉、ti粉和石墨碳粉，進行以140r/min的速度球磨6.5h，球料比為20︰0.7；隨後加入鎳包碳化鎢進行研磨，研磨時長3h；最後加入氧化鈰、氧化鏑、氧化釤和氧化釔，進行球磨，球磨時長為8h，球料比為20︰1.5，得到混合粉末，在120℃下乾燥8h即得。
為了確保本發明技術方案的科學、合理、有效，發明人進行了一系列的實驗研究。
1、樣品和測試方法
1.1、樣品
取本發明中實施例1～6和對比例1～12，在基材上分別進行雷射熔覆修復。其中，雷射輸出功率p＝1.5kw，掃描速度v＝220mm/min，光斑尺寸d＝3mm，分別得到實施例樣品和對比例樣品。
對比例1：與實施例3的區別在於：材料組成中缺少氧化鑭。
對比例2：與實施例3的區別在於：材料組成中缺少氧化鈰。
對比例3：與實施例3的區別在於：材料組成中缺少氧化鏑。
對比例4：與實施例3的區別在於：材料組成中缺少氧化釤。
對比例5：與實施例3的區別在於：材料組成中缺少氧化釔。
對比例6：與實施例3的區別在於：材料組成中缺少氧化鈰和氧化鏑。
對比例7：與實施例3的區別在於：氧化鏑的用量為3份。
對比例8：與實施例3的區別在於：氧化鏑的用量為20份。
對比例9：與實施例3的區別在於：氧化釤的用量為3份。
對比例10：與實施例3的區別在於：氧化釤的用量為20份。
對比例11：與實施例3的區別在於：氧化釔的用量為2份。
對比例12：與實施例3的區別在於：氧化釔的用量為18份。
1.2、測試項目
1.2.1、採用自動轉塔數顯硬度計測量了熔覆層的顯微硬度。
1.2.2、採用mm-200型磨損試驗機測定了其耐磨性，試樣尺寸為7×7×25mm，摩擦工況為幹磨滑動摩擦，加載為5kg，轉速為200r/min，實驗時間為1h。稱量前後質量。
1.2.3、耐蝕性：在3.5％nacl中性電解液條件下進行電化學測試。
1.2.4、雷射熔覆後採用遠場渦流檢測儀進行檢測。
2、測試結果
2.1、實施例樣品的硬度和磨損情況
實施例樣品1～6的硬度值測試結果如表1所示，磨損情況測試結果如表2所示。
表1
表2
由表1和表2可知，本發明的熔覆材料硬度高，具有優良的耐磨性能。此外，雷射熔覆後採用遠場渦流檢測儀進行檢測，均沒有發現裂紋。雷射熔覆後的樣品組織緻密、無裂紋氣孔等缺陷、熔覆材料同基體完全結合。
2.2、實施例樣品的耐腐蝕性
實施例樣品1～6的耐腐蝕性測試結果如表3所示。
表3
由表3可知，本發明的熔覆材料具有良好的耐蝕性能。
2.3、不同原料組成對比例的硬度和磨損情況
對比例1～6的硬度值測試結果如表4所示，磨損情況測試結果如表5所示。
表4
表5
由表4和表5，結合表1、表2可知，加入氧化鈰、氧化鏑、氧化釤和氧化釔，有利於提升本發明的熔覆材料的硬度和耐磨性能。當缺少其中一種或兩種組分時，硬度和耐磨性能明顯降低。其中，缺少氧化鏑對最終產品性能的影響最大。
2.4、不同原料用量的硬度和磨損情況
對比例7～12的硬度值測試結果如表6所示，磨損情況測試結果如表7所示。
表6
表7
由表6和表7，結合表1、表2可知，氧化鈰、氧化鏑、氧化釤和氧化釔採用本發明中用量範圍，所得熔覆材料具有最佳的耐磨性能，硬度高。當氧化鏑、氧化釤或氧化釔的用量過低或過高時，所得熔覆材料的耐磨性能和硬度均有所降低。