基于鎳基自熔合金粉末的氬弧熔覆材料的制作方法
【專利摘要】基于鎳基自熔合金粉末的氬弧熔覆材料，屬于材料表面【技術(shù)領(lǐng)域】。其特征在于熔覆材料各原材料的質(zhì)量百分比為：鎳基自熔合金粉末(60～90)％，鋯粉(0～15)％，鈮粉(0～15)％，釩粉(0～20)％，石墨(0～5)％，WC(0～35)％，稀土合金(1～5)％。熔覆材料可以制備成兩種形式：①涂于潔凈的工件表面并壓平，涂層厚度0.8～1.5mm；②壓制成厚0.8～1.5mm、寬6～10mm、長50～100mm的薄片；經(jīng)10小時以上室溫晾干，然后120～200℃烘干2小時后待用。所述氬弧熔覆材料用于高溫耐磨、腐蝕環(huán)境工作的小型零部件表面的氬弧熔覆修復(fù)、提高表面硬度及耐磨性。
【專利說明】基于鏡基自溶合金粉末的氬弧溶覆材料
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于材料表面【技術(shù)領(lǐng)域】，提供一種用于非熔化極氬弧表面熔覆的材料，該材料基于鎳基自熔合金粉末，添加合金元素及陶瓷相制備而成。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)過程中對機械產(chǎn)品的性能要求越來越高，產(chǎn)品在高參數(shù)(如高溫、高壓、高速等)和惡劣的工況條件下長期穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，必然對其表面的強度、耐磨性、耐蝕性等提出更高的要求。各種機械設(shè)備、儀器儀表、冶金零部件中的金屬零件，以及各種工模具，在使用過程中往往首先從表面發(fā)生破壞和失效，破壞的原因很大一部分是由于表面磨損而造成的。因此，只要對零部件表面進行強化就能滿足性能的要求。
[0003]表面強化技術(shù)主要有熱噴涂、表面熔覆等工藝方法，表面熔覆技術(shù)使基體表面獲得耐磨性能的同時，覆層材料與基體間可形成牢固的冶金結(jié)合，因此在一些要求表面不僅具有抗磨性能，而且還需要承受強載荷作用的條件下，具有絕對優(yōu)勢。目前，表面熔覆技術(shù)廣泛應(yīng)用于冶金、航空、機械等行業(yè)舊件的修復(fù)和新產(chǎn)品的制造上。表面熔覆常用高密度熱源有激光、等離子弧、聚焦光束等，其特點是能量密度較高，被強化表面質(zhì)量好，但設(shè)備昂貴，操作復(fù)雜。非熔化極氬弧雖然能量密度較低，熔覆效率低，但其設(shè)備較為輕便、價廉、操作方便，易于在施工現(xiàn)場施焊，使得氬弧表面強化技術(shù)易于普及，因此在一些中小件上得以推廣應(yīng)用。
[0004]常用熔覆材料有鐵基、鎳基、鈷基材料等，由于采用鎳基體時更能適于高溫、氧化、腐蝕等工況條件下的性能要求，所以鎳基熔覆材料得到廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種非熔化極氬弧熔覆用鎳基合金材料，用于高溫、腐蝕環(huán)境下工作的零部件的表面修復(fù)及耐磨層制備，熔覆層耐磨、耐腐蝕性好。
[0006]所述氬弧熔覆材料以鎳基自熔合金粉末(如Ni60A等)為基礎(chǔ)，加入鋯、鈮、釩、WC、石墨、稀土合金等合金粉末混合均勻，然后添加粘結(jié)劑制成濕粉，預(yù)涂于工件表面，或者制作成薄片狀，烘干后待用。其特征在于熔覆材料的各組成原材料的質(zhì)量百分比為:鎳基自熔合金粉末(60?90) %，鋯粉(O?15) %，鈮粉(O?15) %，釩粉(O?20) %，石墨(O?5) %，WC(0?35) %，稀土合金(I?5) %。熔覆材料中碳化物形成元素鋯、鈮、釩摩爾數(shù)總和與石墨摩爾數(shù)之比為0.8?1.2。
[0007]所述鎳基自熔粉末、鋯粉、鈮粉、釩粉、石墨、WC粉、稀土合金等原材料的粒度為40?200目，各原材料主要成分(質(zhì)量百分比)為:
[0008]鎳基自熔合金粉末米用市售Ni60A粉末,其成分如下:
[0009]C0.7-1.0, Si3.5-5.5，B3.0-4.5，Crl5_18，F(xiàn)e ( 10，Ni 余量。
[0010]稀土合金:RE44%?47%
[0011]気弧溶覆材料制備工藝過程:[0012](I)按比例稱取各粉末原材料，混合后攪拌均勻；然后加入粘結(jié)劑攪拌均勻，制成濕粉，粘結(jié)劑采用水玻璃或有機粘結(jié)劑。
[0013](2)根據(jù)不同情況，可以以兩種形式制備熔覆材料:①將濕粉涂于經(jīng)過表面清理、去銹的工件待熔覆表面并壓平，涂層厚度0.8?1.5mm 根據(jù)待熔覆表面尺寸，利用專用模具將濕粉壓制成厚0.8?1.5mm、寬6?10mm、長50?IOOmm的薄片。
[0014](3)將濕粉預(yù)涂層或薄片經(jīng)10小時以上室溫晾干，然后120?200°C烘干2小時。
[0015]所述熔覆材料以鎳基自熔合金粉末Ni60A為主(占60%?90% )，Ni60A粉末熔點低(950?1050°C )，既使采用能量密度較低的氬弧作熱源，也能夠快速熔化，保證熔覆過程的順利進行和良好的成形，Ni60A粉末自身熔覆層硬度可達HRC58?63。鋯、鈮、釩為強碳化物形成元素，且這些元素對于細化晶粒有顯著作用，所述熔覆材料添加鋯、鈮、釩、石墨的目的是為了在熔覆過程中發(fā)生原位冶金反應(yīng)，生成顆粒碳化物，細化組織、強化熔覆層，提高熔覆層耐磨性；加入稀土合金是因為稀土氧化物可以作為形核核心細化晶粒，促進碳化物的形成并使其均勻分布于鎳基熔體中；加入WC是為了直接將高硬度的WC陶瓷相混入鎳基熔體，強化熔覆層。
[0016]利用所述熔覆材料進行非熔化極氬弧熔覆，熔覆工藝:
[0017](I)選用直流鎢極氬弧焊機進行熔覆，鎢極直徑Φ3?4mm，直流正接，氬氣流量8?12L / min,電流120?180A，電弧電壓15?20V ；
[0018](2)采用預(yù)涂層熔覆材料時，直接利用鎢極氬弧作為熱源在預(yù)涂層材料上逐道掃描，使預(yù)涂材料熔化并與基體熔合，凝固后形成熔覆層；
[0019](3)采用薄片熔覆材料時，先將待熔覆表面及鄰近區(qū)域的油污、雜質(zhì)清理干凈，將一片熔覆材料薄片或多片首尾相連直線排列在待熔覆區(qū)域，用鎢極氬弧作為熱源將薄片熔化形成一道熔覆焊道，清理未熔化的材料，然后緊靠此熔覆焊道放置另外一片或多片熔覆材料薄片，重復(fù)上述熔覆過程，直至完成整個區(qū)域的熔覆；
[0020](4)熔覆完成后，進行表面清理；根據(jù)具體要求重復(fù)上述過程進行多層熔覆，達到要求的熔覆層厚度，最后磨削加工至所需要的零件尺寸。
[0021]所述熔覆材料，以低熔點的鎳基自熔合金為基礎(chǔ),熔點低，易于成形,適合IS弧熔覆使用。添加碳化物形成元素或WC，熔覆后形成陶瓷相增強鎳基復(fù)合熔覆層，提高工件表面硬度和耐磨性，熔覆層硬度可達HRC60?65。
【具體實施方式】
[0022]按照粒度及成份要求購買鎳基自熔合金粉末Ni60A、鋯粉、鈮粉、釩粉、石墨、WC粉末、稀土合金等原材料，按照設(shè)計比例(質(zhì)量百分比)配制合金粉末并混合均勻，熔覆材料的各原材料的質(zhì)量百分比為:鎳基自熔合金粉末(60?90) %，鋯粉(O?15) %，鈮粉(O?15) %，釩粉(O?20) %，石墨(O?5) %, WC (O?35) %，稀土合金(I?5) %。合金粉末中加入粘結(jié)劑攪拌均勻，制成濕粉；將濕粉預(yù)涂于經(jīng)過表面清理去銹的待熔覆表面并壓平，或?qū)穹蹓褐茷楸∑?，?jīng)10小時以上室溫晾干，然后120?200°C烘干2小時。利用鎢極氬弧作熱源將熔覆材料熔化，在工件表面形成熔覆層。
[0023]實例一
[0024]基于鎳基自熔合金粉末的氬弧熔覆材料，鎳基自熔合金粉末選用Ni60A，加入鈮粉、釩粉、石墨、稀土硅鐵合金(FeSiRE45)，其比例(質(zhì)量百分比)為:
[0025]Ν?60Α:銀 M:石墨:稀土硅鐵合金=75:10:8:3:2
[0026]其中碳化物形成元素Nb、V總摩爾數(shù)與碳摩爾數(shù)之比為1.06。
[0027]配制合金粉末并混合均勻，加入適量水玻璃作粘結(jié)劑，攪拌均勻，制成濕粉；將濕粉預(yù)涂于經(jīng)過表面清理的不銹鋼表面并壓平，涂層厚度約1mm，經(jīng)24小時室溫晾干，然后150。C烘干2小時。選用WS-400型直流鎢極氬弧焊機進行熔覆，鈰鎢極直徑Φ 3.2mm，直流正接，氬氣流量iOL / min,電流150A，電弧電壓18V。熔覆三層后熔覆層總厚度約2mm，表面硬度約HRC62。
[0028]實例二
[0029]基于鎳基自熔合金粉末的氬弧熔覆材料，鎳基自熔合金粉末選用Ni60A，加入WC粉、稀土硅鐵合金(FeSiRE45)，其比例(質(zhì)量百分比)為:
[0030]Ν?60Α =WC:稀土硅鐵合金=68:30:2
[0031]配制合金粉末并混合均勻，加入適量水玻璃作粘結(jié)劑，攪拌均勻，制成濕粉；將濕粉壓制為1.2mmX8mmX50mm的薄片，經(jīng)24小時室溫晾干,然后150。°C烘干2小時。不銹鋼表面清理油污、雜質(zhì)，將一片熔覆材料薄片放在待熔覆表面，選用WS-400型直流鎢極氬弧焊機進行熔覆，熔覆后將未熔材料清理干凈，緊靠熔覆焊道放置另一片熔覆材料薄片，再次進行氬弧熔覆。重復(fù)上述過程，共使用四片熔覆材料薄片。在第一層熔覆層上重復(fù)上述過程，進行第二層熔覆。熔覆參數(shù)如下:鈰鎢極直徑Φ4πιπι，直流正接，氬氣流量12L / min,電流160A，電弧電壓18V。熔覆層表面硬度約HRC63。
【權(quán)利要求】
1.基于鎳基自熔合金粉末的氬弧熔覆材料，其特征在于:其原材料的質(zhì)量百分比為:鎳基自熔合金粉末(60?90) %，鋯粉(O?15) %，鈮粉(O?15) %，釩粉(O?20) %，石墨(O?5) %，WC(0?35) %，稀土合金(I?5) 其中碳化物形成元素鋯、鈮、釩摩爾數(shù)總和與石墨摩爾數(shù)之比為0.8?1.2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氬弧熔覆材料，各粉末原材料的粒度為40?200目；鎳基自熔合金粉末采用 Ni60A，其成分為 C0.7-1.0, Si3.5-5.5，B3.0-4.5，Crl5-18, Fe ( 10，Ni 余量；稀土合金:RE44%?47%:粘結(jié)劑采用水玻璃或有機粘結(jié)劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述氬弧熔覆材料，其制備工藝過程: (1)按比例稱取各粉末原材料并混合均勻，加入粘結(jié)劑制成濕粉； (2)根據(jù)不同情況，可以以兩種形式制備熔覆材料:①將濕粉涂于經(jīng)過表面清理的工件表面并壓平，涂層厚度0.8?1.5mm,②將濕粉壓制成厚0.8?1.5mm、寬6?10mm、長50?10Omm的薄片； (3)將濕粉預(yù)涂層或薄片經(jīng)10小時以上室溫晾干，然后120?200°C烘干2小時。
【文檔編號】B23K35/365GK103464875SQ201310421981
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月7日
【發(fā)明者】張元彬, 羅輝, 霍玉雙, 劉鵬, 滕誠信 申請人:山東建筑大學(xué)