一种超耐蚀不锈钢粉末及其应用和应用方法

本发明涉及一种超耐蚀不锈钢粉末及其应用和应用方法，属于冶金领域。

技术领域
本发明涉及一种超耐蚀不锈钢粉末及其应用和应用方法，属于冶金领域。
背景技术
316、304和904L不锈钢是磷化工企业使用的耐腐蚀零部件主要材料。耐腐蚀零部件的工作环境是在包含磷酸、硫酸等的酸性腐蚀介质和固体小颗粒的浆料中，造成零部件因磨蚀而在表面出现腐蚀沟槽，甚至出现片状工件端豁口、沟槽及豁口等造成工件断裂或失效而必须更换，例如料浆泵、回流管等。我国大型磷化工企业有十多家，都存在酸性介质腐蚀工件的问题，生产过程中需停机更换零部件，降低了企业生产效率，增加了生产成本。而超耐蚀不锈钢粉末及涂层的制备用于激光修复受损工件或制备工件的激光熔覆涂层，降低了企业生产成本，提高了生产效率，为企业提高综合经济效益作技术保障。此外，与现有粉末及修复方法相比有以下优势，目前熔覆粉末主要是用不锈钢基材粉末，该方法只是是修复失效部位，并未强化，而本发明所研究的粉末提高了修复部位的耐磨性和耐蚀性，有效防止被修复部位二次失效；目前修复方法还有采用堆焊的方法修复失效不锈钢零件，但堆焊容易引起夹渣、气孔、裂纹使得组织不够致密。所以研发一种超耐蚀性不锈钢粉末及其涂层制备方法成为磷化工行业的迫切需求。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种超耐蚀不锈钢粉末及其应用和应用方法。本发明所用的合金粉末材料流动性较好，并添加了大量强耐蚀性元素Cr、Ni，可用于强酸性工作介质中服役的不锈钢零部件的激光熔覆及修复，且激光熔覆得到的涂层组织中无气孔裂纹，组织致密与母材结合良好。本发明技术方案：一种超耐蚀不锈钢粉末，由Fe、Ni、Cr、Mn、Mo、Cu、Al₂O₃和Y₂O₃的粉末组成，其中按质量份计，包括有：Fe 19-29份、Cr 25-35份、Ni 25-35份、Mn 0.5-1.5份、Mo 1-10份、Cu 1-3份、Al₂O₃ 1-10份和Y₂O₃ 0.5-1.5份。前述的超耐蚀不锈钢粉末，所述不锈钢粉末按质量份计，包括有：Fe 21-26份、Cr 28-32份、Ni 28-32份、Mn 0.8-1.2份、Mo 3-7份、Cu 1.6-2.5份、Al₂O₃ 3-7份和Y₂O₃ 0.8-1.1份。前述的超耐蚀不锈钢粉末，所述不锈钢粉末按质量份计，包括有：Fe 24份、Cr 30份、Ni 30份、Mn 1份、Mo 5份、Cu 2份、Al₂O₃ 5份和Y₂O₃ 1份。前述的超耐蚀不锈钢粉末，所述Fe、Ni、Cr、Mn、Mo、Cu、Al₂O₃和Y₂O₃的粉末，其纯度均大于99.6％的。前述的超耐蚀不锈钢粉末，所述Fe、Ni、Cr、Mn、Mo、Cu、Al₂O₃和Y₂O₃的粉末的粒度均为150～250目，其制备方法是按配方中的质量份称取各合金粉末，机械混合均匀后制得不锈钢粉末成品。前述的超耐蚀不锈钢粉末，所述机械混合是指在研钵中研磨1.5-2h。一种前述的超耐蚀不锈钢粉末的应用，是将制得的不锈钢粉末用于磷酸为主的酸性环境下服役的904L、316、304等不锈钢零部件的激光熔覆或修复。一种前述的超耐蚀不锈钢粉末应用的应用方法，在所述不锈钢零部件需要熔覆或修复的部位放置制得的不锈钢粉末，在光纤激光器激光输出功率P＝1.8～2.1KW，扫描速度V＝550～630mm/min，光斑尺寸d＝4～6mm的条件下，进行激光熔覆工作。前述的超耐蚀不锈钢粉末应用的应用方法，所述激光器功率P＝2.0KW，扫描速度V＝570mm/min，光斑尺寸d＝5mm，搭接率为50％。本发明的有益效果：1、与现有技术相比，本发明的不锈钢粉末所用材料为不锈钢合金体系，具有耐高温氧化、耐腐蚀、耐磨性高的特点。2、本发明通过严格控制各合金元素的纯度，能够有效减少合金粉末的偏析，得到组分均匀的合金熔覆层。3、本发明通过控制研磨时间来控制其粒度在150-200目得到流动性好的粉末，并通过大量添加强耐蚀元素Cr，极大增强涂层的耐蚀性，将它用于在酸性条件下工作的不锈钢工件的激光熔覆或激光修复可极大提高零部件的抗蚀性，适用于酸性环境下服役的904L、304、316等不锈钢制品防护涂层和激光修复。4、本发明采用激光熔覆的加工方式以及优化工艺参数，在高能激光束的作用下熔覆粉末和基材表面同时熔化，在表面张力和温度梯度引起的浮力作用下产生对流使得气体容易排出，冷却后得到良好的冶金结合和无气孔裂纹的致密组织。实验例为了进一步说明本发明所具有的有益效果，发明人做了以下实验：材料的耐蚀性对本发明制备所得的激光熔覆涂层进行电化学测试，所得结果如图1所示，当Cr含量超过20％时，涂层自腐蚀电位并未下降，自腐蚀电流密度较904L基材均有大幅度降低，耐蚀性增强，但是Cr元素含量增加使得金属间化合物产生可能性增加，降低涂层的韧性。材料的硬度图2为不同合金成分对涂层平均硬度的影响。从图2可以得出涂层平均硬度与合金元素Cr的含量变化的关系，Cr含量增加时，涂层平均硬度总体升高，主要原因是Cr含量增加使得涂层中作为固溶原子的Cr含量，且增加C和Cr的间隙化合物，二者均使得位错滑移困难，提高涂层材料的强度。
附图说明
附图1不同Cr含量的涂层及基材的电化学极化曲线；附图2涂层的平均硬度随不同Cr含量的关系图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。实施例1:一种超耐蚀不锈钢粉末及其应用和应用方法，其不锈钢粉末由Fe、Ni、Cr、Mn、Mo、Cu、Al₂O₃和Y₂O₃的粉末组成，其中按质量份计，包括有：Fe24份、Cr30份、Ni30份、Mn1份、Mo5份、Cu2份、Al₂O₃5份和Y₂O₃1份。所述Fe、Ni、Cr、Mn、Mo、Cu、Al₂O₃和Y₂O₃的粉末，其纯度均大于99.6％。所述Fe、Ni、Cr、Mn、Mo、Cu、Al₂O₃和Y₂O₃的粉末的粒度均为180～220目，其制备方法是按配方中的质量份称取各合金粉末，机械混合均匀后制得不锈钢粉末成品。所述机械混合是指在研钵中研磨1.8h。上述的超耐蚀不锈钢粉末的应用，是将制得的不锈钢粉末用于磷酸为主的酸性环境下服役的904L、316、304不锈钢零部件的激光熔覆或修复。所述激光器功率P＝2.0KW，扫描速度V＝570mm/min，光斑尺寸d＝5mm，搭接率为50％。实施例2:一种超耐蚀不锈钢粉末及其应用和应用方法，其不锈钢粉末由Fe、Ni、Cr、Mn、Mo、Cu、Al₂O₃和Y₂O₃的粉末组成，其中按质量份计，包括有：Fe 19份、Cr 25份、Ni 25份、Mn 0.5份、Mo 1份、Cu 1份、Al₂O₃ 1份和Y₂O₃ 0.5份。所述Fe、Ni、Cr、Mn、Mo、Cu、Al₂O₃和Y₂O₃的粉末，其纯度均大于99.6％。所述Fe、Ni、Cr、Mn、Mo、Cu、Al₂O₃和Y₂O₃的粉末的粒度均为150～180目，其制备方法是按配方中的质量份称取各合金粉末，机械混合均匀后制得不锈钢粉末成品。所述机械混合是指在研钵中研磨1.5h。上述的超耐蚀不锈钢粉末的应用，是将制得的不锈钢粉末用于磷酸为主的酸性环境下服役的904L、316、304不锈钢零部件的激光熔覆或修复。上述的超耐蚀不锈钢粉末应用的应用方法，是在所述不锈钢零部件需要熔覆或修复的部位放置制得的不锈钢粉末，在光纤激光器激光输出功率P＝1.8KW，扫描速度V＝550mm/min，光斑尺寸d＝4mm的条件下，进行激光熔覆工作。实施例3:一种超耐蚀不锈钢粉末及其应用和应用方法，其不锈钢粉末由Fe、Ni、Cr、Mn、Mo、Cu、Al₂O₃和Y₂O₃的粉末组成，其中按质量份计，包括有：Fe 29份、Cr 35份、Ni 35份、Mn 1.5份、Mo 10份、Cu 3份、Al₂O₃ 10份和Y₂O₃ 1.5份。所述Fe、Ni、Cr、Mn、Mo、Cu、Al₂O₃和Y₂O₃的粉末，其纯度均大于99.6％。所述Fe、Ni、Cr、Mn、Mo、Cu、Al₂O₃和Y₂O₃的粉末的粒度均为220～250目，其制备方法是按配方中的质量份称取各合金粉末，机械混合均匀后制得不锈钢粉末成品。所述机械混合是指在研钵中研磨2h。上述的超耐蚀不锈钢粉末的应用，是将制得的不锈钢粉末用于磷酸为主的酸性环境下服役的904L、316、304不锈钢零部件的激光熔覆或修复。上述的超耐蚀不锈钢粉末应用的应用方法，是在所述不锈钢零部件需要熔覆或修复的部位放置制得的不锈钢粉末，在光纤激光器激光输出功率P＝2.1KW，扫描速度V＝630mm/min，光斑尺寸d＝6mm的条件下，进行激光熔覆工作。