[发明专利]一种用于超高速率激光熔覆的不锈钢粉末

说明书

本发明涉及一种用于超高速率激光熔覆的不锈钢金属粉末，属于钢铁材料制造领域，上述金属粉末化学成分质量分数为：0.01－0.45%C，11.0－20.0%Cr，6.0－14.0%Ni，0.8－2.0%Mn，0.6－1.2%Si，P≤0.030%，S≤0.030%，余量为Fe和不可避免的杂质。该粉末粒度分布：10‑100μm，D50：25‑50μm，流动性：32‑45 s/100g。应用筛分后的粉末，采用超高速率激光熔覆技术，搭配不同工艺，进行表面制造及修复。

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种用于超高速率激光熔覆的不锈钢金属粉末。

背景技术

传统激光熔覆技术具有结合强度高，热数量小，变形小等优点，且可以通过调整粉末成分获得所需熔覆层性能，因此在诸多行业中开始实现应用，但是该技术加工效率较低，熔覆速率一般为0.5~3m/min，粉末利用率低，一般50%左右，并且激光能量聚焦在基体材料上，通过熔化基体材料来掺入和结合粉末，这使得激光能量利用效率和熔覆速率低，粉末与基体材料结合时仍为固态颗粒，成品表面平滑度差。由于其效率低下、成本高，限制了其大规模产业化应用，也是目前亟待解决的瓶颈问题。

同时，传统激光熔覆所用的粉末具有相应的粒度。该粒度粉末经熔覆头输送汇聚后，粉斑直径通常较大。

发明内容

本发明涉及一种超高速率激光熔覆方法，尤其是该方法所使用的不锈钢金属粉末。超高速率激光熔覆是一种表面加工技术，通过同步送粉添料方式，利用高能密度的束流使添加材料与高速率运动的基体材料表面同时熔化，并快速凝固后形成稀释率极低，与基体呈冶金结合的熔覆层，极大提高熔覆速率，显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等工艺特性的工艺方法。

与传统低速率高速熔覆相比较，超高速率激光熔覆高能束少部分能量作用在基体材料上形成较浅的熔池，而大部分能量作用在了粉末材料上，使粉末在进入熔池之前温度升至熔点并熔化，以液滴的形式与基体材料结合，从而使得超高速激光熔覆加工比传统熔覆效率提高40倍至上百倍。

相应地，超高速率激光熔覆对粉末提出了新的要求。例如粉末的以下指标都存在新的要求：1.粒度范围，金属粉末颗粒的大小，通常用颗粒的直径来表征；2.流动性，是指以一定量粉末流过规定孔径的标准漏斗所需要的时间来表示，通常采用的单位为s/50g，其数值越小说明该粉末的流动性愈好；3.球形度，颗粒的形状与球体相似的程度；4.D50，描述粉末平均粒度的指标，指一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。

需要说明的是，本申请的不锈钢是指耐空气、蒸汽、水等腐蚀的钢，其含有高含量的铬、镍等合金元素，具有优异的耐腐蚀性能和抗氧化性能，是针对耐蚀环境表面改性的良好涂层材料。本发明中的超高速是相对于现有的激光熔覆速度而言的，该超高速具体是指激光扫描线速度大于等于25m/min。

根据本发明一方面，本发明提供了一种用于超高速率激光熔覆的不锈钢金属粉末，其各元素的质量分数为：0.01－0.45%C，11.0－20.0%Cr，6.0－14.0%Ni，0.8－2.0%Mn，0.6－1.2%Si，P≤0.030%，S≤0.030%，余量为Fe和不可避免的杂质；其中，该粉末的平均粒径D50为25-50μm，流动性为32-45 s/100g。

根据本发明一方面，Cr优选 16.0－18.0%，Ni优选10.0－14.0%。

根据本发明一方面，该金属粉末粒径为：10-100μm32-45 s/100g。

根据本发明一方面，真空度的控制对于粉末含氧量等指标有重大影响，喷粉气体氩气的压力控制是控制粉末粒度、球形度和成粉率的核心参数，需要全面根据液流情况及各个喷粉时期做出精确调整。

应用筛分后的粉末，采用超高速率激光熔覆技术，搭配不同工艺，进行表面制造及修复。