[发明专利]一种提高镍基耐蚀合金抗氢脆性能的表面处理工艺

说明书

本发明公开了一种提高镍基耐蚀合金抗氢脆性能的表面处理工艺，包括如下步骤：(1)激光熔凝处理：对镍基耐蚀合金样品进行激光处理，激光功率为100～200W，激光加工速度为5～10mm/s；(2)固溶处理：将激光处理后的样品在1000～1040℃下固溶0.25～0.5h，随后空冷；(3)时效处理：空冷后的样品在600～800℃时效处理10～22h，随后空冷，即完成了表面处理。本发明在不改变合金成分的前提下，激光后仅通过固溶时效等较为简单的方法便可以提高材料的抗氢脆性，具有生产工艺简单、生产速度快、对设备要求较低、生产效率高、热影响性小、质量可靠等特点，而且也能用于加工具有一定复杂程度的零件。

技术领域

本发明涉及合金表面处理技术领域，具体涉及一种提高镍基耐蚀合金抗氢脆性能的表面处理工艺。

背景技术

氢脆是指金属材料在冶炼、加工、热处理、酸洗和电镀等过程中，或在含氢介质中长期使用时，材料由于吸氢或渗氢而造成机械性能严重退化，发生脆断的现象。人们不仅在普通的钢材中发现氢脆现象，在不锈钢、铝合金、钛合金、镍基耐蚀合金和锆合金中也都有此现象。从机械性能上看，氢脆有以下表现：氢对金属材料的屈服强度和极限强度影响不大，但使延伸率和断面收缩率严重下降，疲劳寿命明显缩短，冲击韧性值显著降低。在低于断裂强度拉伸应力的持续作用下，材料经过一段时期后会突然脆断。

镍基耐蚀合金不仅在诸多工业腐蚀环境中具有独特的抗腐蚀甚至抗高温腐蚀性能，而且具有强度高、塑韧性好，可冶炼、铸造、冷热变形、加工成型和焊接等性能，广泛应用于核工业、石油天然气开采、储运设备、水力发电、化工及高温纸浆生产设备等行业。镍基耐蚀合金具有优良的抗氢脆性能，被大量用于制造石油行业的输油管道阀门、螺栓等零件。随着镍基耐蚀合金在各行各业的广泛应用，工业中对镍基耐蚀合金的性能要求越来越高，市场对于抗氢脆性能更好的镍基耐蚀合金的需求日益增长。

在提升镍基耐蚀合金的抗氢脆性方面，有的通过特殊的热处理方法来提升镍基耐蚀合金的抗氢脆性。例如中国专利申请CN 110564948 A提出了一种通过控制冷却速度热处理来将合金中的部分平直晶界转变为锯齿形晶界的方法，该方法可将高能平直晶界转变为低能的锯齿形晶界，在一定程度上提高了铁镍基耐蚀合金的抗氢脆性。该工艺属于材料整体热处理，在提升抗氢脆性能时往往存在基体材料力学性能恶化的可能。另一方面，该空冷热处理方法只针对J100合金一种，因此该方法具有一定的局限性。

还有资料报道通过激光熔覆镍基耐蚀合金涂层来增强合金的性能，例如中国专利申请CN 108130528 A提出了一种在Monel 400合金表面熔覆镍基耐蚀合金涂层的方法，该方法主要是在Monel 400基体上通过激光熔覆一层自行调配的镍基耐蚀合金粉末来改善基体材料的性能。该方法虽然使材料在硬度和耐磨性有显著的提高，但是并未涉及抗氢性能。且此方法需要提前制备合适的镍基耐蚀合金粉末，这无疑增加了多道工序，给实验结果带来了不确定性。

目前还未见采用激光熔凝与固溶时效来提升合金抗氢脆性的方法报道。激光熔凝处理是以高功率密度的激光在极短的时间内与金属交互作用，使金属表面局部区域在瞬间被加热到相当高的温度使之熔化。随后，借助液态金属基体的吸热和传导作用，使得已经融化的表层金属快速凝固。固溶处理是把合金加热到适当温度并保持充分的时间，使合金中的某些组成物溶解到基体中，形成均匀的固溶体，然后将合金迅速冷却，使溶入基体的组成物留在基体内成为过饱和固溶体，这样可以改善合金的延展性和韧性，并为进一步进行沉淀硬化处理创造条件。固溶处理多用于非铁合金。时效处理是指金属或合金工件(如低碳钢等)经固溶处理，从高温淬火或经过一定程度的冷加工变形后，在较高的温度或室温放置保持其形状、尺寸，性能随时间而变化的热处理工艺。一般地讲，经过时效，材料的硬度、强度、塑性韧性和内应力会有所变化。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种镍基耐蚀合金表面处理工艺，通过提升表层抗氢晶界比例降低镍基耐蚀合金氢脆敏感性，提高现有镍基耐蚀合金的耐氢损伤能力。

本发明为了实现其目的，采用的技术方案是：