金属基底上的镍铌金属间合金熔覆层的制作方法

背景技术：

1、在常见的熔覆工艺中(例如激光束焊接、等离子弧焊、gta和gma)，γ’和/或γ”相会溶解到镍基相(matrix phase)熔覆材料中。由于部分铝和钛元素被焊缝表面氧化物去除，铝和钛的含量可能会降低。γ'和γ''相可以通过沉淀热处理在熔覆材料中重新形成；然而，对于许多熔覆设备或结构而言，熔覆后热处理需要投入大量的工艺成本。因此需要低成本且具有耐磨性和耐腐蚀性的熔覆材料，例如本文公开的镍铌金属间合金熔覆层(nickel-niobium intermetallic alloy cladding)。

技术实现思路

1、一种制品，其包括金属基底和其上的镍铌金属间合金熔覆层，所述镍铌金属间合金熔覆层通过熔合边界与所述金属基底结合，所述镍铌金属间合金熔覆层由预合金化镍铌金属间合金粉末制成，该粉末含有至多(up to)0.1重量百分比(wt.%)的碳，并且所述镍铌金属间合金熔覆层具有包含至少80体积%的镍铌金属间相和至多20体积%的固溶体相的微观结构。

2、在实施方案中，所述镍铌金属间合金熔覆层由以下组成：以重量百分比计，至多3.5%的硅、5%至15%的铬、45%至75%的镍、14%至30%的铌、至多7%的钴、至多10%的铁、至多0.1%的碳、至多0.2%的锰、至多0.5%的钼、至多0.3%的钨、至多0.3%钒、以及各至多0.1%的钛、锆、铪、钽、铍、铝、硼、硫、磷、铜、钙、氮、氧、硒、铅、钇、稀土金属和铋。

3、在实施方案中，所述金属基底为镍基合金，和/或所述镍铌金属间合金熔覆层包含至少90体积%的镍铌金属间合金相。

4、在实施方案中，所述熔覆层是通过激光熔覆沉积的，和/或所述制品为阀座嵌件。

5、在实施方案中，所述金属基底包含耐磨工具钢或低合金钢。例如，所述金属基底可以包含耐磨工具钢，该耐磨工具钢包含1%至2%的碳、7%至15%的铬、4%至12%的钼、至多5%的钨、至多4%的钴、至多4%的铌、至多3%的钒、至多4%的铜、至多2%的锰、至多2%的硅、至多1%的镍、至多1%的硼、60%至80%的铁以及余量至多1%的不可避免的杂质。或者，所述金属基底可以包含低合金钢，该低合金钢包含0.3%至0.5%的碳、0.5%至1.5%的铬、0.15%至0.5%的钼、至多0.5%的钨、至多0.5%的钴、至多0.5%的铌、至多0.5%的钒、至多0.5%的铜、0.5%至1.5%的锰、0.15%至0.5%的硅、至多0.5%的镍、至多0.1%的硼、至多1%的不可避免的杂质，余量为铁。

6、在实施方案中，所述镍铌金属间合金熔覆层在外表面以及距所述外表面至少1毫米的深度方向上具有500至600hv的均匀硬度，和/或所述熔覆层在775℃下加热250小时后具有50-55hrc的硬度。

7、在实施方案中，所述镍铌金属间合金熔覆层具有均匀层状微观结构的外部区域和从所述金属基底的外表面向外延伸的树枝状镍铌金属间合金内部区域。

8、在实施方案中，一种包括金属基底和其上的镍铌金属间合金熔覆层的制品，其中：所述镍铌金属间合金熔覆层通过熔合边界与所述金属基底结合，所述镍铌金属间合金熔覆层由预合金化镍铌金属间合金粉末制成，所述镍铌金属间合金熔覆层的微观结构具有包含至少80体积%的镍铌金属间相和至多20体积%的固溶体相的微观结构，所述镍铌金属间合金熔覆层由以下组成：以重量百分比计，至多3.5%的硅；5%至15%的铬、45%至75%的镍、14%至30%的铌、至多7%的钴、至多10%的铁、至多0.1%的碳、至多0.2%的锰、至多0.5%的钼、至多0.3%的钨、至多0.3%钒、以及余量为各至多0.1%的钛、锆、铪、钽、铍、铝、硼、硫、磷、铜、钙、氮、氧、硒、铅、钇、稀土金属和铋，并且所述金属基底为工具钢，其包含1%至2%的碳、7%至15%的铬、6%至12%的钼、至多5%的钨、至多5%的钴、至多4%的铌、至多3%的钒、至多4%的铜、至多2%的锰、至多2%的硅、至多3%的镍、至多0.5%的硼、至多1%的不可避免的杂质，余量为铁。

9、在实施方案中，所述镍铌金属间合金熔覆层是通过将预合金化镍铌金属间合金粉末输送入至激光熔覆装置的喷嘴而形成的，该装置将镍铌金属间合金熔覆层沉积在金属基底上。例如，所述激光熔覆采用以下参数执行：激光功率为500至10,000瓦，送粉速率为1至40克/分钟，扫描速度为100至1000毫米/分钟，激光光斑直径为1.5至6毫米，重叠率为25%至70%，保护气体流量为10至30升/分钟，粉末粒径为100至600目(20-150微米)，和/或单道(single pass)熔覆厚度为0.1至5毫米。

10、在实施方案中，所述预合金化粉末为雾化粉末，以重量百分比计，其包含：至多3.5%的硅、5%至15%的铬、45%至75%的镍、14%至30%的铌、至多7%的钴、至多10%的铁、至多0.1%的碳、至多0.2%的锰、至多0.5%的钼、至多0.3%的钨、至多0.3%的钒、以及各至多0.1%的钛、锆、铪、钽、铍、铝、硼、硫、磷、铜、钙、氮、氧、硒、铅、钇、稀土金属和铋。

11、在实施方案中，所述镍铌金属间合金熔覆层具有体积百分比不超过2.5%的碳化物/氮化物相，该碳化物/氮化物相包括碳化铌、碳化铌钼、氮化铌和碳氮化铌。

12、在实施方案中，所述镍铌金属间合金熔覆层包含棒状镍铌金属间相。

13、在实施方案中，所述镍铌金属间合金熔覆层包含层状微观结构。

14、在实施方案中，所述镍铌金属间合金熔覆层具有体积百分比小于10%的镍铁和镍钴固溶体相。

15、在实施方案中，所述预合金化粉末通过以下制备：形成所述预合金化合金的熔体，然后将所述熔体雾化，从而形成所述预合金化粉末。

16、在实施方案中，在所述激光熔覆过程中，加热所述金属基底的外表面以熔化所述金属基底形成熔池，所述预合金化粉末被熔化并凝固成体积百分比至少为90%的金属间相的微观结构，随着所述镍铌金属间合金熔覆层的形成而具有均匀的微观结构。

17、在实施方案中，所述镍铌金属间合金熔覆层以镍铌金属间相的均匀微观结构沉积，其通过混合金属基底的薄熔合界面与所述金属基底冶金结合，且所述薄熔合界面具有不大于5微米的厚度。

1.一种制品，其包括金属基底和其上的镍铌金属间合金熔覆层，所述镍铌金属间合金熔覆层通过熔合边界与所述金属基底结合，所述镍铌金属间合金熔覆层由预合金化镍铌金属间合金粉末制成，该粉末含有至多0.1重量百分比(wt.%)的碳，并且所述镍铌金属间合金熔覆层具有包含至少80体积%的镍铌金属间相和至多20体积%的固溶体相的微观结构。

2.根据权利要求1所述的制品，其中所述镍铌金属间合金熔覆层由以下组成：以重量百分比计，至多3.5%的硅、5%至15%的铬、45%至75%的镍、14%至30%的铌、至多7%的钴、至多10%的铁、至多0.1%的碳、至多0.2%的锰、至多0.5%的钼、至多0.3%的钨、至多0.3%钒、以及各至多0.1%的钛、锆、铪、钽、铍、铝、硼、硫、磷、铜、钙、氮、氧、硒、铅、钇、稀土金属和铋。

3.如权利要求1所述的制品，其中所述金属基底为镍基合金，和/或所述镍铌金属间合金熔覆层包含至少90体积%的镍铌金属间合金相。

4.如权利要求1所述的制品，其中所述熔覆层是通过激光熔覆沉积的。

5.如权利要求1所述的制品，其中所述金属基底包含耐磨工具钢或低合金钢，和/或所述制品为阀座嵌件。

6.如权利要求5所述的制品，其中所述金属基底包含耐磨工具钢，该耐磨工具钢包含1%至2%的碳、7%至15%的铬、4%至12%的钼、至多5%的钨、至多4%的钴、至多4%的铌、至多3%的钒、至多4%的铜、至多2%的锰、至多2%的硅、至多1%的镍、至多1%的硼、60%至80%的铁以及余量至多1%的不可避免的杂质。

7.如权利要求5所述的制品，其中所述金属基底包含低合金钢，该低合金钢包含0.3%至0.5%的碳、0.5%至1.5%的铬、0.15%至0.5%的钼、至多0.5%的钨、至多0.5%的钴、至多0.5%的铌、至多0.5%的钒、至多0.5%的铜、0.5%至1.5%的锰、0.15%至0.5%的硅、至多0.5%的镍、至多0.1%的硼、至多1%的不可避免的杂质，余量为铁。

8.如权利要求1所述的制品，其中所述镍铌金属间合金熔覆层在外表面以及距所述外表面至少1毫米的深度方向上具有500至600hv的均匀硬度，和/或所述熔覆层在775℃下加热250小时后具有50-55hrc的硬度。

9.如权利要求1所述的制品，其中所述镍铌金属间合金熔覆层具有均匀层状微观结构的外部区域和从所述金属基底的外表面向外延伸的树枝状镍铌金属间合金内部区域。

10.一种制品，其包括金属基底和其上的镍铌金属间合金熔覆层，其中：

11.一种制造如权利要求1所述的制品的方法，其中，所述镍铌金属间合金熔覆层是通过激光熔覆形成的，所述方法包括：将所述预合金化镍铌金属间合金粉末输送到激光熔覆装置的喷嘴，移动所述金属基底，以及将所述镍铌金属间合金熔覆层沉积在所述金属基底上。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述激光熔覆采用以下参数执行：激光功率为500至10,000瓦，送粉速率为1至40克/分钟，扫描速度为100至1000毫米/分钟，激光光斑直径为1.5至6毫米，重叠率为25%至70%，保护气体流量为10至30升/分钟，粉末粒径为100至600目，和/或熔覆层厚度为0.1至5毫米。

13.如权利要求11所述的方法，其中，所述预合金化粉末为雾化粉末，以重量百分比计，其包含：至多3.5%的硅、5%至15%的铬、45%至75%的镍、14%至30%的铌、至多7%的钴、至多10%的铁、至多0.1%的碳、至多0.2%的锰、至多0.5%的钼、至多0.3%的钨、至多0.3%的钒、以及各至多0.1%的钛、锆、铪、钽、铍、铝、硼、硫、磷、铜、钙、氮、氧、硒、铅、钇、稀土金属和铋。

14.如权利要求11所述的方法，其中所述镍铌金属间合金熔覆层具有体积百分比不超过2.5%的碳化物/氮化物相，该碳化物/氮化物相包括碳化铌、碳化铌钼、氮化铌和碳氮化铌。

15.如权利要求11所述的方法，其中所述镍铌金属间合金熔覆层包含棒状镍铌金属间相。

16.如权利要求11所述的方法，其中所述镍铌金属间合金熔覆层包含层状微观结构。

17.如权利要求11所述的方法，其中所述镍铌金属间合金熔覆层具有体积百分比小于10%的镍铁和镍钴固溶体相。

18.如权利要求11所述的方法，其中所述预合金化粉末通过以下制备：形成所述预合金化合金的熔体，然后将所述熔体雾化，从而形成所述预合金化粉末。

19.如权利要求11所述的方法，其中，在所述激光熔覆过程中，加热所述金属基底的外表面以熔化所述金属基底形成熔池，所述预合金化粉末被熔化并凝固成体积百分比至少为90%的金属间相的微观结构，随着所述镍铌金属间合金熔覆层的形成而具有均匀的微观结构。

20.如权利要求19所述的方法，其中，所述镍铌金属间合金熔覆层以镍铌金属间相的均匀微观结构沉积，其通过混合金属基底的薄熔合界面与所述金属基底冶金结合，且所述薄熔合界面具有不大于5微米的厚度。