专利名称：金属线材拉拔卷筒激光表面合金化用合金粉末及其制法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属线材拉拔巻筒激光表面合金化用合金粉末及其制备方法和应用，属 于冶金技术领域。
背景技术：
金属线材拉拔巻筒的质量直接影响拉丝拔的平稳运行，拉拔过程中的力直接通过巻筒传 给蜗轮副，巻筒旋转的平稳性决定钢丝的质量。巻筒在使用一段时间后，巻筒表面易磨损，巻 筒强度降低，表面凹凸不平，引起钢丝表面机械损伤，影响正常生产，因此需要修复或更换巻筒 ，以提高巻筒表面的硬度及耐磨性。就目前来说金属线材拉拔巻筒表面加工技术主要为等离 子喷涂，等离子喷涂的缺陷很明显涂层与基体仍为机械结合，强度远不及冶金结合强度高 ，涂层容易脱落，等离子喷涂合金层与基体的界面较为清晰，同时合金层内部存在大量的气 孔，说明等离子喷涂合金层的致密度较差。而激光合金化层具有组织细小、无孔洞、合金化 层厚度可控、合金化层与基材呈冶金结合、结合强度高等特点。由于合金化粉末材料的选择 和成分配比须根据要进行加工工件的材料和性能要求来确定， 一般的合金化粉末是不适合的 。目前还没有针对改善金属线材拉拔巻筒表面性能的合金粉末。通过检索，也没有发现专门 用于金属线材拉拔巻筒激光表面合金化用的合金粉末。因此，研发专用于金属线材拉拔巻筒 激光表面合金化的合金粉末材料成为亟待解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属线材拉拔巻筒激光表面合金化用合金粉末及其制法和 应用。本发明合金粉末均匀性好，用于金属线材拉拔巻筒激光表面合金化后形成的合金化层 组织细小，无孔洞和裂纹，合金化层与基材呈冶金结合，结合强度高，且所形成的合金化层 具有硬度高、耐磨性好、耐腐蚀等特点。
本发明是这样构成的金属线材拉拔巻筒激光表面合金化用合金粉末，按照重量组分计 算它是由Mo 5C) 65份、C 0. 1 0. 3份、Cr 25 30份、碳化鸭WC 10 20份和￥203 0. 5 l份组成的。
优选的金属线材拉拔巻筒激光表面合金化用合金粉末是由Mo 60kg、 C 0.2kg、 Cr 30kg 、碳化钨(WC) 15kg和Y2。3 0.8kg组成的。
本发明所述金属线材拉拔巻筒激光表面合金化用合金粉末的制备方法为按配方及比例称取粒度为-140 280目的各种合金粉末，然后在研钵中研磨使之充分混合，即得产品。
研磨的时间最好为5 8小时。若研磨时间过长则生产成本增加、降低效益，而研磨时间 过短则这些金属粉末不能够充分地混合均匀，达不到最佳的使用效果。
本发明所述金属线材拉拔巻筒激光表面合金化用合金粉末的应用将所述的合金粉末用 于金属线材拉拔巻筒的激光表面合金化。
具体地说，将所述的合金粉末用激光合金化预置涂层用粘接剂涂覆于需要进行合金化的 金属线材拉拔巻筒表面，在激光输出功率P二2 3. 5KW，扫描速度V二5 10mm/s，光斑尺寸 D二2 4mm的条件下，进行激光合金化。比较好的应用条件是将所述的合金粉末用激光合金 化预置涂层用粘接剂涂覆于需要进行合金化的金属线材拉拔巻筒表面，在激光输出功率P二 3.0KW，扫描速度V二8mm/s，光斑尺寸D二3mm的条件下，进行激光合金化。
以上所述的激光合金化预置涂层用粘接剂是由重量比例为2 5: o. 5 i : o. 5 i : 90
95的聚乙酸乙烯乙酯、膨润土、 Y203和无水乙醇混合溶解构成的溶液。该粘接剂的组成及其 制备方法详见本申请人已经向国家知识产权局提交的申请号为200810306296.4的专利申请。
本发明专用于金属线材拉拔巻筒激光表面合金化用合金粉末是根据金属线材拉拔巻筒的 工作条件，为了改善它的表面性能而专门配制的。金属线材拉拔巻筒工作条件要求表面具有 较高的硬度，较好的耐磨性和耐蚀性。所以进行合金化的金属粉末应颗粒细小、均匀，与基 材中的碳、铁元素形成Mo2C、 MoC、 Fe3W3C等高硬度的合金碳化物，从而提高表面的硬度、耐 磨性和耐蚀性，且制备的合金化层不会产生空洞、裂纹等缺陷。
本申请的发明人在阅读了大量文献的基础上，并结合金属线材拉拔巻筒的工作条件，选 定Mo作为主要添加元素，来改善拉拔巻筒的表面性能，为了进一步提高它的硬度和耐磨性， 加入一定量C和碳化钨，为了进一步提高它的耐蚀性加入一定量Cr，为了使合金化层组织更 加细小加入Y203。由于一些合金元素的加入量过多会使得合金化层的质量变差，考虑到合金 化层的性能和质量，即具有较高的硬度，较好的耐磨性和耐蚀性的同时合金化层组织细小， 无孔洞和裂纹，所以通过反复的激光合金化试验确定了粉末的最佳配比。
本发明所选用的合金粉末都是与基体在液相可以互溶的，通过筛选出合适的配比，并在 配制过程中进行长时间的研磨，可保证合金化粉体充分混合均匀。用激光进行合金化时，在 基体表面形成的熔池由于具有很高的表面张力梯度，表面张力梯度使熔池内的金属液体快速 运动，使熔池内的合金元素充分混合，发生化学冶金反应，形成M02C、 MoC、 Fe3W3C等高硬度 的合金碳化物。又由于激光合金化属于超快速加热和超快速冷却的过程，形成的合金碳化物 来不及长大就被迅速地冷却下来，因而形成的合金化层具有组织细小，无孔洞和裂纹，与基材呈冶金结合，结合强度高等优点。
用本发明合金粉末进行激光合金化后，金属拉拔巻筒的合金化层大体分为平面晶区、胞 状晶区、树枝晶区三个区域，合金化层的厚度为0.4 0.6mm，硬度HRC二60 70。
与现有技术相比，本发明合金粉末均匀性好，可以降低激光合金化过程中合金化层的组 织应力和热应力，用该粉末进行合金化后，激光合金化层具有组织细小、无孔洞和裂纹、合 金化层与基材呈冶金结合、结合强度高的特点，且合金化层具有硬度高、耐磨性好、耐腐蚀 等特点。
具体实施例方式
本发明的实施例l:金属线材拉拔巻筒激光表面合金化用合金粉末，由Mo 60kg、 C 0.2kg、 Cr 30kg、 WC 15kg和Y20:j 0. 8kg组成。其制备方法为按配方及比例称取粒度为-20 160目的各种合金粉末，然后在研钵中研磨7小时使之充分混合，即得产品。
上述合金粉末产品的应用将制得的合金粉末用激光合金化预置涂层用粘接剂(重量比
例为3: o. 5: o. 5: 95的聚乙酸乙烯乙酯、膨润土、 y2o3和无水乙醇混合溶解构成的溶液)
涂覆于需要进行合金化的金属线材拉拔巻筒表面，在激光输出功率P二3.0KW，扫描速度V二 8mm/s，光斑尺寸D二3mm的条件下，进行激光合金化。合金化后，金属拉拔巻筒的合金化层大 体分为平面晶区、胞状晶区、树枝晶区三个区域，合金化层的厚度为0.4 0.5mm，硬度 HRC=65。
本发明的实施例2:金属线材拉拔巻筒激光表面合金化用合金粉末，由Mo 50kg、 C 0. 3kg、 Cr 28kg、 WC 20kg#Y203 lkg组成。其制备方法为按配方及比例称取粒度为-140 40目的各种合金粉末，然后在研钵中研磨5小时使之充分混合，即得产品。
上述合金粉末产品的应用将制得的合金粉末用激光合金化预置涂层用粘接剂(重量比
例为4 :i:i: 94的聚乙酸乙烯乙酯、膨润土、 y2o3和无水乙醇混合溶解构成的溶液)涂覆
于需要进行合金化的金属线材拉拔巻筒表面，在激光输出功率P二2.0KW，扫描速度V二 5mm/s，光斑尺寸D二2mm的条件下，进行激光合金化。合金化后，金属拉拔巻筒的合金化层大 体分为平面晶区、胞状晶区、树枝晶区三个区域，合金化层的厚度为0.5 0.6mm，硬度 HRC=60。
本发明的实施例3:金属线材拉拔巻筒激光表面合金化用合金粉末，由Mo 65kg、 C 0. lkg、 Cr 25kg、 WC 10kg和Y203 0. 5kg组成。其制备方法为按配方及比例称取粒度为IOO 280目的各种合金粉末，然后在研钵中研磨8小时使之充分混合，即得产品。
上述合金粉末产品的应用将制得的合金粉末用激光合金化预置涂层用粘接剂(重量比例为5: o. 7: o. 8 : 90的聚乙酸乙烯乙酯、膨润土、 y2o3和无水乙醇混合溶解构成的溶液)
涂覆于需要进行合金化的金属线材拉拔巻筒表面，在激光输出功率P二3.5KW，扫描速度V二 10mm/s，光斑尺寸D二4mm的条件下，进行激光合金化。合金化后，金属拉拔巻筒的合金化层 大体分为平面晶区、胞状晶区、树枝晶区三个区域，合金化层的厚度为0.4 0.5mm，硬度 HRC=70。
本发明的实施例4:金属线材拉拔巻筒激光表面合金化用合金粉末，由Mo 55kg、 C 0.3kg、 Cr 30kg、 WC 18kg和Y203 0. 9kg组成。其制备方法为按配方及比例称取粒度为0 180目的各种合金粉末，然后在研钵中研磨6小时使之充分混合，即得产品。
上述合金粉末产品的应用将制得的合金粉末用激光合金化预置涂层用粘接剂涂覆于需 要进行合金化的金属线材拉拔巻筒表面，在激光输出功率P二2.6KW，扫描速度V二6mm/s，光 斑尺寸D二3mm的条件下，进行激光合金化。合金化后，金属拉拔巻筒的合金化层大体分为平 面晶区、胞状晶区、树枝晶区三个区域，合金化层的厚度为0.5 0.6mm，硬度HRC二65。
权利要求
权利要求1金属线材拉拔卷筒激光表面合金化用合金粉末，其特征在于按照重量组分计算它是由Mo 50～65份、C 0.1～0.3份、Cr 25～30份、碳化钨WC 10～20份和Y2O3 0.5～1份组成的。
2. 按照权利要求l所述的金属线材拉拔巻筒激光表面合金化用合金粉 末，其特征在于它是由Mo 60kg、 C 0. 2kg、 Cr 30kg、碳化钨WC 15kg和Y2030. 8kg组成的
3. 如权利要求1或2所述金属线材拉拔巻筒激光表面合金化用合金粉 末的制备方法，其特征在于按配方及比例称取粒度为-140 280目的各种合金粉末，然后 在研钵中研磨使之充分混合，即得产品。
4. 按照权利要求3所述金属线材拉拔巻筒激光表面合金化用合金粉末 的制备方法，其特征在于研磨的时间为5 8小时。
5. 如权利要求1或2所述金属线材拉拔巻筒激光表面合金化用合金粉 末的应用，其特征在于将所述的合金粉末用于金属线材拉拔巻筒的激光表面合金化。
6. 按照权利要求5所述金属线材拉拔巻筒激光表面合金化用合金粉末 的应用，其特征在于将所述的合金粉末用激光合金化预置涂层用粘接剂涂覆于需要进行合 金化的金属线材拉拔巻筒表面，在激光输出功率P二2 3. 5KW，扫描速度V二5 10mm/s，光 斑尺寸D二2 4mm的条件下，进行激光合金化。
7. 按照权利要求6所述金属线材拉拔巻筒激光表面合金化用合金粉末 的应用，其特征在于将所述的合金粉末用激光合金化预置涂层用粘接剂涂覆于需要进行合 金化的金属线材拉拔巻筒表面，在激光输出功率P二3.0KW，扫描速度V二8mm/s，光斑尺寸 D二3mm的条件下，进行激光合金化。
8.按照权利要求6或7所述金属线材拉拔巻筒激光表面合金化用合金 粉末的应用，其特征在于所述的激光合金化预置涂层用粘接剂是由重量比例为2 5 : 0.5 1 : 0. 5 1 : 90 95的聚乙酸乙烯乙酯、膨润土、 Y203和无水乙醇混合溶解构成的溶液。
全文摘要
本发明公开了一种金属线材拉拔卷筒激光表面合金化用合金粉末及其制法和应用，按照重量组分计算它是由Mo 50～65份、C 0.1～0.3份、Cr 25～30份、碳化钨WC 10～20份和Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.5～1份组成的。与现有技术相比，本发明合金粉末均匀性好，可以降低激光合金化过程中合金化层的组织应力和热应力，用该粉末进行合金化后，激光合金化层具有组织细小、无孔洞和裂纹、合金化层与基材呈冶金结合、结合强度高的特点，且合金化层具有硬度高、耐磨性好、耐腐蚀等特点。
文档编号C23C24/10GK101440489SQ20081030661
公开日2009年5月27日 申请日期2008年12月29日 优先权日2008年12月29日
发明者刘其斌, 吴岸琪, 孙桂祥, 寇继磊 申请人:贵州大学