研究了在耐酸不锈钢基体上采用激光熔覆和等离子喷焊两种工艺形成的涂层对耐腐蚀性的影响。利用5kW横流CO2激光器对预置于基体上的Co基自熔合金粉末举行单道或多道扫描。得到的熔层与等离子焊层比拟，激光熔层缺陷率低，成品率高。其构造精密匀称，晶粒微小，因素稀释率更小，对基体热影响小，熔层硬度与强韧性更高。性能试验证明，激光熔层具有更高的耐腐蚀性能。
1前言
在煤油化工、应声堆与核电站中大量利用种种耐酸不锈钢阀门。由于生产进程中的种种介质都具有较强的腐蚀性乃至放射性，腐蚀的结果不但使阀门的密封面受到破坏，大大收缩阀门利用寿命，而且介质的渗漏大概造成停工停产，污染环境乃至造成恶性变乱。密封面的质量是稽核阀门基天性能的主要指标，不锈钢阀门的密封面要求则更高。高参数不锈钢阀门的密封面平常采用直接在阀体上堆焊的办法举行强化，而不能举行镶嵌式结构。
大功率激光束与材料的特别作用可使基体表面得到满足计划者要求的合金层，这种合金层的综合性能不光大大优于不锈钢基材，而且优于传统的等离子喷焊层及种种堆焊层的性能。我们对20HJ63-20P型不锈钢核阀与尿素生产线甲胺组合阀密封面举行了激光熔覆加工，并与传统的等离子喷焊举行了比较分析。
2试验条件
2.1试验材料与办法
试验所用阀门为20HJ63-20P制止阀，材料为1Cr18Ni9Ti钢；3W-2BJ1甲胺泵进排液阀，材料为Cr18Ni12Mo3Ti钢。试样为方块试样(19mm×15mm×10mm)与环形试样(38×28mm×10mm)两种。激光熔覆采用HGL-90型5kW横流CO2激光器，合金粉末采用2132酚醛树脂粉＋乙醇调和预涂敷在加工表面上并烘干，预敷层厚度为3mm左右。激光熔覆在数控二维联动加工台上举行，此中方块试样采用多道扫描，每道搭接量为激光光斑直径的50%。环形试样在数控回转事情台上举行单道扫描。熔覆工艺参数为：激光功率p＝3000～3400W，扫描速度v＝8～12mm／s，光斑尺寸≈5mm。光斑能量为高斯散布情势。
等离子喷焊采用国产DP-500型粉末等离子弧堆焊机，焊枪为LFH型，采用送粉法，堆焊层为3mm左右。
2.2检测
采用JSM35C和S650型SEM扫描电镜对试样的熔焊层作高倍构造形貌分析；用MEF3大型光学金相显微镜观察涂层构造及照相；用国产71型显微硬度计测量涂层硬度；用EDX-9100能谱仪测定各微区因素；用D／max-2000A型X射线衍射仪测定涂层相结构。
3试验结果及分析
激光熔覆与等离子喷焊的构造地区可分为3部门，即熔焊区、热影响区与基体。图1a、b表现了两种工艺的构造地区环境和显微硬度测试的压痕环境，此中激光熔层构造精密匀称，晶粒度测定为11～12级，热影响区宽约10～40μm；等离子焊层构造略粗大，晶粒度为9～10级，热影响区宽约120～160μm。熔焊层的质量在已解剖的125个试样中，激光熔层完好陷的成品率达95%以上。等离子喷焊层中较易出现裂纹、气孔、混合物等缺陷，如图1c、d所示。对激光熔覆和等离子喷焊两种工艺处理的试样，分别沿熔层纵向的上中下层和沿横向自边缘至中间逐点测试显微硬度，测试结果表明：激光熔层平均显微硬度值为581HV0.2，比同种粉末的喷焊层硬度高20%～40%，且纵向和横向的硬度匀称性都高于喷焊层。
(a)激光熔层联合区相近×100(b)等离子焊层联合区相近×100 (c)等离子焊层上部气孔×250(d)等离子焊层枝晶间混合物×250
经EDX-9100能谱仪分析，激光熔层中Ti，Fe，Ni3种元素受基体稀释后分别平均到达(w%)0.075，8.58，1.385，而等离子焊层中以上3种元素受基体稀释后分别平均到达(w%)0.83，16.19，2.06，可见后者比前者3种元素的稀释率分别高10倍、2倍和1.5倍。而熔焊层中Co，Cr，W3种元素向热影响区和基体的扩散丧失率，等离子焊层比激光熔覆层也主要得多。从以上测试结果可分析如下：
(1)激光熔层比等离子喷焊层的构造更精密、匀称，热影响区更窄。由于激光功率高，扫描作用时间短，涂层和基体表层加热后熔化速度快，赶快冷却时过冷度大，熔池中的合金元素能敏捷形成多种化合物而增加非自觉晶核的数量，使形核率大为提高，形成微小匀称的显微构造。构造精密可提高晶界联合力，增强材料强度和韧性。构造精密不光淘汰了单位晶界上的杂质含量，而且在快速冷却进程中因素偏析程度淘汰，从而淘汰了因形成原电池效应而加速腐蚀的影响。
(2)铬能显著提高钢的抗腐蚀能力，但碳与铬的亲和作用很容易生成碳化铬。钢中含碳量愈高，熔层中含铬量就要减少，则熔层耐腐蚀性就会减少。但是，平常阀门密封面必要肯定的硬度与强度，而含碳量愈多，熔层的强度与硬度就越高。因而，碳在粉末中的作用是误会的。采用激光熔覆阀门密封面与传统工艺相比，由于激光热源的特别作用可使熔层具有更精密的构造，更高的强度与硬度。故在激光熔覆粉末中可恰当减少粉末的含碳量，这样既可得到密封面所要求的硬度与强度，又可淘汰碳化铬的形成量，相对包管了铬的含量。
(3)激光束作用时产生的熔池中的对流传质作用，能充实搅拌熔池，使熔池中气体混合物能上浮析出，形成较为致密的涂层，包管了熔层的质量。而等离子喷焊进程是利用等离子体使喷焊粉末熔化、加速，经过大气空间再喷射到基体材料表面。此进程陪伴有空气混入焊层，因此在喷涂层上及界面部位每每存有较多的气孔与混合物散布在粗大的枝晶之间，如图1c、d所示。非金属混合物造成的电化学不匀称性，由于熔层被稀释等缘故原由造成的化学因素不匀称性和金属构造的不匀称性都减少了熔层的耐腐蚀性能。
(4)熔层的内应力会减少耐蚀性，即"应力腐蚀"。不锈钢表面形成密封面时的热作用会不同的程度地在熔层中留下渣滓应力，故平常都必要在加工落伍行消除渣滓应力的处理。处理的温度高，保温时间长，结果会更好。但这样大概使熔层构造中的碳化铬析出，贫铬会造成晶间腐蚀，因而加工处理后平常只加热到300～500℃保温1～2h。对付含碳低或含钛、铌等元素的粉末，加热温度可恰当提高。超低碳粉末使熔层不能析出碳化物，可从根本上消除产生晶间腐蚀的大概性，但碳含量过低会使熔层的硬度与强度大大减少，而且成本很高。较适合的办法是在粉末中参加能形成碳化物的元素，即参加钛、铌等，这些与碳亲和力很强的元素会在熔层中优先形成TiC、NbC等，故可消除晶界出现的贫铬征象，晶间腐蚀就不会产生。
4熔焊层耐腐蚀性
用线切割办法切取涂层和基体材料雷同的激光熔覆和等离子喷焊试块各4块，分别在不同的溶液中举行腐蚀试验。腐蚀溶液置于温度为60℃的水浴槽中保温，两种工艺试样在4种介质中分别经8h、24h、48h和72h腐蚀后，洗濯试样，然后用精密分析天平称量其失重量。试验结果和分析数据如表1所示。由试验数据分析可得出结论：激光熔覆工艺试片在H2SO4、HNO3、NaOH和尿素等4种溶液介质中的腐蚀速度均低于等离子喷焊工艺试片，具有精良的综合抗腐蚀性能。在H2SO4、HNO3两种溶液中的比拟尤为明显。
5结论
(1)激光熔覆工艺和传统的等离子喷焊工艺相比较，涂层构造细化、致密，消除了孔隙和混合，实现了涂层与基体的冶金联合。熔层因素被稀释和扩散的几率减少，硬度和强韧性均有所提高，耐腐蚀性能增强。激光熔覆粉末中含碳量可恰当减少，以提高耐磨蚀性。
(2)激光熔覆工艺试片在多种溶液介质中的腐蚀速度均低于等离子喷焊工艺试片，具有精良的综合抗腐蚀性能。在H2SO4、HNO3两种溶液中的比拟尤为明显。经激光熔覆的不锈钢阀门在湖南洞庭氮肥厂实用直今，结果良好。
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