专利名称：一种制备铁基熔覆层用的合金粉末及涂覆层的制备方法
技术领域：
本发明属于涂覆层技术领域，具体涉及一种铁基熔覆层用的合金粉末材料及涂覆层的制备方法。
背景技术：
在矿山开采、油气钻探等工业领域，关键部件在恶劣工况条件下的磨损造成了巨大的经济损耗，也严重影响了生产效率。通常采用合理的表面防护技术，赋予其比基材更为优异的耐磨性能，从而延长整体构件的服役寿命。其中，等离子弧堆焊(Plasmatransferred arc-welding, PTAff)技术具有熔敷率高、稀释率低、粉末适用范围广等优点，被认为是解决类似服役条件下部件磨损问题，并实现表面强化和修复相结合的较为经济、有效的技术手段之一。目前，PTAW所涉及的熔覆材料主要包含Fe基、Co基和Ni基合金粉末，其中又以Ni基合金及添加硬质颗粒(如WC等)作为增强相的熔覆层在常温或中温磨损条件下应用较为广泛。但是由于Ni和W均属于稀缺金属，成本较高，因此开发低成本、高性能的Fe熔覆层替代材料已成为近年来该领域研究的热点问题之一。经检索，目前并无采用等离子弧堆焊方法制备含富Mo硼化物增强相的Fe基多元合金熔覆层相关技术的专利报道。
发明内容
本发明的目的在于，一种制备铁基熔覆层用的合金粉末及涂覆层的制备方法。—种制备铁基熔覆层用的合金粉末，其特征在于合金粉末成分质量百分含量范围如 T:Cr:10-20wt.%;Mo:20-30wt.%;C:l-2wt.%;B:2-5wt.%;S1: 0. 2-1. 5wt. %;Mn: 0. 5-1. 5wt. %, Fe:余量。优选所述铁基熔覆层用的合金粉末的质量百分含量为Cr: 12_18wt. % ；Mo: 20-28wt. % ；C: 1-1. 8wt. % ；B: 2. 5-4. 5wt. % ；S1: 0. 3-1. 2wt. %, Mn:0. 5-1. 2wt. %; Fe:余量。进一步优选所述铁基熔覆层用的合金粉末的质量百分比为Cr: 13_16wt. % ；Mo: 22-27wt. % ；C:1. 1-1. 6wt. % ；B: 2. 5-4wt. % ；S1:0. 4-lwt. %, Mn:0. 5-lwt. %;Fe:余量。上述合金粉末粒度均在75 U nTl50 U m ；采用本发明上述多元合金粉末材料制备一种含有大量富Mo硼化物增强相的Fe基熔覆层的方法，从而得到一种含富Mo硼化物增强相的铁基熔覆层，其特征在于，包括如下步骤步骤1、对基体表面进行预处理去除表面氧化膜；优选为基体表面经粒度180目砂纸预磨后，利用粒度为60目棕刚玉，气压
0.4-0. 6MPa，喷砂 枪摆速度5mm/s，进行基体表面喷砂粗化去除表面氧化膜；步骤2、选用工业级金属、合金和陶瓷粉末，将其进行筛分并机械混合，最终获得粒度均在75 u nTl50 u m的合金粉末，合金粉末成分的质量百分含量为Cr: 10_20wt. % ；Mo: 20-30wt. % ；C: l-2wt. % ；B: 2-5wt. % ；S1: 0. 2-1. 5wt. %;Mn:0. 5-1. 5wt. %，Fe:余量；步骤3、采用等离子弧堆焊工艺制备Fe基多元合金熔覆层，堆焊工艺参数为转移弧电压28-33V ;转移弧电流60-85A ;喷涂距离10_15mm ;离子气、送粉气和保护气均为Ar气，其中，离子气流量:4-4. 5L/h ;送粉气流量:4-4. 5L/h ;保护气流量6. 5_7L/h ;送粉电压5. 5-6. 5V。对步骤3所述喷涂工艺进行优化，堆焊工艺参数设定为转移弧电压29-32V ;转移弧电流70-80A ;喷涂距离12-14mm ;离子气、送粉气和保护气均为Ar气，其中，离子气流量:4-4. 5L/h ;送粉气流量:4-4. 5L/h ;保护气流量:6. 5_7L/h ;送粉电压6. 0-6. 5V。本发明所述方法制备的一种含富Mo硼化物增强相的铁基熔覆层所具有耐磨性是其自身组分所决定的。其作用为Cr :不仅可以提高合金的抗氧化性和耐腐蚀性，而且是固溶强化和碳化物形成元素,可产生固溶强化,铬含量增加,合金中硬质相增加,合金相对耐磨性及耐腐蚀性能提高。Mo :可以消除或减轻其它合金元素所造成的回火脆性，改善韧性。B元素在铁基合金中加入适量的B可以降低合金的熔点，获得高硬度的硼化物，从而提高堆焊合金的耐磨性。C元素是强烈的奥氏体形成元素，并能降低Ms点，堆焊材料设计中，碳是最重要的强化元素，碳具有间隙固溶强化的作用，同时有利于形成碳化物硬质相。Mn、S1:利用锰硅联合脱氧，提高元素过渡系数。本发明与常规的熔覆材料相比，具有以下特点
1、具有良好的工艺性无需焊前预热、焊后缓冷，并且焊接过程中飞溅小，制备的的熔覆层表面平滑均匀，无裂纹，无脱落掉块。2、组织均匀所开发的Fe基多元合金熔覆层组织均匀，基体组织由Fe-Cr固溶体与Y -Fe相构成，其间包裹着大量弥散分布的富Mo硼化物硬质相，对熔覆层组织能够起到有效的支撑和强化作用。3、具有较好的耐磨性能由于本发明中大量富Mo硼化物和M23(B，C)6硬质相的形成，熔覆层硬度高，其相对耐磨性是传统Ni60熔敷层的8倍以上和Ni60+25%WC熔覆层。本发明的熔覆层硬度高、耐磨性良好、产生开裂和其他熔覆缺陷的倾向小。
图1实施例6熔覆层XRD分析图谱；图2实施例6熔覆层SEM典型形貌特征；图3实施例1-8熔覆层与对比例I和2的相对耐磨性。
具体实施例方式下面通过实施例进一步阐明本发明的实质性特点和显著优点，本发明决非仅局限于所陈述的实施例。各实施例中相同部分如下所述1、基体选用AISI304L不锈钢(100X30X IOmm)，表面经粒度为180目砂纸预磨后，采用粒度为40-60目棕刚玉，气体压力0. 4-0. 6MPa，持续时间IOs/喷涂面工艺对试件进行喷砂粗化处理。2、选用工业级金属、合金和陶瓷粉末，将其进行筛分并机械混合，最终获得粒度均在75 ii nTl50 u m的合金粉末。实施例1按照Fe基多元合金粉末成分质量百分比为Cr: 13wt. %;Mo:22wt%;C: lwt. %;B:4wt. %; S1:0. 2wt. %;Mn:0. 5wt. %,Fe:余量。制备熔覆层所用等离子弧堆焊参数转移弧电压
28-30V;转移弧电流70A ;喷涂距离12mm ;离子气(Ar) :4-4. 5L/h ;送粉气(Ar) :4-4. 5L/h ；保护气(Ar) :6. 5-7L/h ;送粉电压6. 0V。实施例2按照Fe基多元合金粉末成分质量百分比为Cr: 13wt. %;Mo:22wt%;C: lwt. %;B:4wt. %; S1:0. 2wt. %;Mn:0. 5wt. %,Fe:余量。制备熔覆层所用等离子弧堆焊参数转移弧电压
29-31V;转移弧电流80A ;喷涂距离13mm ;离子气(Ar) :4-4. 5L/h ;送粉气(Ar) :4-4. 5L/h ；保护气(Ar) :6. 5-7L/h ;送粉电压6. 3V。实施例3按照Fe基多元合金粉末成分质量百分比为Cr: 14wt. %;Mo:24wt%;C:1. 2wt. %;B:3. 5wt. %; S1:0. 5wt. %;Mn:0. 7wt. %, Fe:余量。制备熔覆层所用等离子弧堆焊参数转移弧电压28-30V ;转移弧电流70A ;喷涂距离12mm;离子气(Ar) :4-4. 5L/h ;送粉气(Ar) :4-4. 5L/h ;保护气(Ar) :6. 5_7L/h ;送粉电压6. 0V。实施例4按照Fe基多元合金粉末成分质量百分比为Cr: 14wt. %;Mo:24wt%;C:1. 2wt. %;B:3. 5wt. %; S1:0. 5wt. %;Mn:0. 7wt. %, Fe:余量。制备熔覆层所用等离子弧堆焊参数转移弧电压29-31V ;转移弧电流80A ;喷涂距离13mm;离子气(Ar) :4-4. 5L/h ;送粉气(Ar) :4-4. 5L/h ;保护气(Ar) :6. 5_7L/h ;送粉电压:6. 3V。实施例5按照Fe基多元合金粉末成分质量百分比为Cr: 15wt. %;Mo:25wt%;C:1. 4wt. %;B:3wt. %; S1:0. 7wt. %;Mn:0. 8wt. %, Fe:余量。制备熔覆层所用等离子弧堆焊参数转移弧电压28-30V ;转移弧电流70A ;喷涂距离12mm ;离子气(Ar) :4-4. 5L/h ;送粉气(Ar) :4-4. 5L/h ;保护气(Ar) :6. 5-7L/h ;送粉电压6. 0V。实施例6按照Fe基多元合金粉末成分质量百分比为Cr: 15wt. %;Mo:25wt%;C:1. 4wt. %;B:3wt. %; S1:0. 7wt. %;Mn:0. 8wt. %, Fe:余量。制备熔覆层所用等离子弧堆焊参数转移弧电压29-31V ;转移弧电流80A ;喷涂距离13mm ;离子气(Ar) :4-4. 5L/h ;送粉气(Ar) :4-4. 5L/h ;保护气(Ar) :6. 5-7L/h ;送粉电压6. 3V。实施例7按照Fe基多元合金粉末成分质量百分比为Cr: 16wt. %;Mo:26wt%;C:1. 5wt. %;B:2. 5wt. %; S1:0. 8wt. %;Mn:0. 8wt. %, Fe:余量。制备熔覆层所用等离子弧堆焊参数转移弧电压28-30V ;转移弧电流70A ;喷涂距离12mm;离子气(Ar) :4-4. 5L/h ;送粉气(Ar) :4-4. 5L/h ;保护气(Ar) :6. 5_7L/h ;送粉电压6. 0V。实施例8
按照Fe基多元合金粉末成分质量百分比为Cr:16wt. %;Mo:26wt%;C:l. 5wt. %;B:2. 5wt. %; S1:0. 8wt. %;Mn:0. 8wt. %, Fe:余量。制备熔覆层所用等离子弧堆焊参数转移弧电压29-31V ;转移弧电流80A ;喷涂距离13mm ;离子气(Ar) : 4-4. 5L/h ;送粉气(Ar) :4-4. 5L/h ;保护气(Ar) :6. 5_7L/h ;送粉电压6. 3V。对比例I取商业自熔性合金Ni60粉末500g。制备熔覆层所用等离子弧堆焊参数转移弧电压28-30V ;转移弧电流70A ;喷涂距离12mm ;离子气(Ar) :4-4. 5L/h ;送粉气(Ar) :4-4. 5L/h ;保护气(Ar) :6. 5-7L/h ;送粉电压6. 3V。对比例2取商业自熔性合金Ni60+25%WC粉末500g。制备熔覆层所用等离子弧堆焊参数转移弧电压28-30V ;转移弧电流70A ;喷涂距离12mm ;离子气(Ar) :4-4. 5L/h ;送粉气(Ar) :4-4. 5L/h ;保护气(Ar) :6. 5_7L/h ;送粉电压6. 3V。各实施例所制备的熔覆层的性能检测如下所述1.采用HR-150A洛氏硬度机测定硬度值，载荷为150kg，对熔敷金属取十点打硬度，最后得到各熔覆层的平均洛氏硬度值，结果见表I。2.对实施例所制备熔覆层进行耐磨实验，采用MLS-225型湿砂橡胶轮式磨粒磨损试验机进行。试验参数如下橡胶轮转速240r/min、橡胶轮直径178mm、橡胶轮硬度60(绍尔硬度)、载荷100N、橡胶轮转数预磨1000转、精磨3000转、磨料粒度40-70目石英砂。材料耐磨性能用磨损的失重量来衡量。在实验前后，试样都经过超声波清洗仪中清洗3-5分钟。定义对比例I (Ni60)的相对耐磨性为1，实施例失重量与测量件失重量之比作为该配方的相对耐磨性。表I实施例1-8及对比例I和2的平均洛氏硬度值
权利要求
1.一种制备铁基熔覆层用的合金粉末，其特征在于合金粉末成分质量百分含量范围如 T:Cr:10-20wt.%;Mo:20-30wt.%;C:l-2wt.%;B:2-5wt.%;S1:0. 2-1. 5wt. %;Mn:0. 5-1. 5wt. %，Fe:余量；合金粉末粒度均在 75 u nTl50 u m。
2.按照权利要求1的合金粉末，其特征在于合金粉末成分质量百分含量Cr: 12-18wt. % ；Mo : 20-28wt. % ；C : 1-1. 8wt. % ；B : 2. 5-4. 5wt. % ； S1:0. 3-1. 2wt. %,Mn:0. 5-1. 2wt. %;Fe:余量。
3.按照权利要求1的合金粉末，其特征在于合金粉末成分质量百分含量 Cr : 13-16wt. % ；Mo : 22-27wt. % ；C :1. 1-1. 6wt. % ；B : 2. 5-4wt. % ； S1: 0. 4-lwt. %,Mn:0. 5-lwt. %;Fe:余量。
4.一种含有大量富Mo硼化物增强相的Fe基熔覆层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 步骤1、对基体表面进行预处理去除表面氧化膜； 步骤2、选用工业级金属、合金和陶瓷粉末，将其进行筛分并机械混合，最终获得粒度均在75iinTl50iim的合金粉末，合金粉末成分的质量百分含量为Cr:10-20wt.%;Mo: 20-30wt. % ；C: l-2wt. % ；B: 2-5wt. % ；S1: 0. 2-1. 5wt. %;Mn:0. 5-1. 5wt. %, Fe:余量； 步骤3、采用等离子弧堆焊工艺制备Fe基多元合金熔覆层，堆焊工艺参数为转移弧电压28-33V ;转移弧电流60-85A ;喷涂距离10_15mm ;离子气、送粉气和保护气均为Ar气，其中，离子气流量4-4. 5L/h ;送粉气流量4-4. 5L/h ;保护气流量6. 5_7L/h ;送粉电压5. 5-6. 5V。
5.按照权利要求4的方法，其特征在于，步骤(I)去除表面氧化膜的方法包括基体表面经粒度180目砂纸预磨后，利用粒度为60目棕刚玉，气压0.4-0. 6MPa，喷砂枪摆速度5mm/s，进行基体表面喷砂粗化去除表面氧化膜。
6.按照权利要求4的方法，其特征在于，步骤3堆焊工艺参数为转移弧电压29-32V；转移弧电流70-80A ;喷涂距离12-14mm ;离子气、送粉气和保护气均为Ar气，其中，离子气流量:4-4. 5L/h ;送粉气流量:4-4. 5L/h ;保护气流量:6. 5_7L/h ;送粉电压6. 0-6. 5V。
7.按照权利要求4的方法，其特征在于，合金粉末的质量百分含量Cr:15wt. %;Mo:25wt%; C:1. 4wt. %;B:3wt. %; S1: 0. 7wt. %;Mn:0. 8wt. %, Fe:余量；制备溶覆层所用等离子弧堆焊参数转移弧电压29-31V ;转移弧电流80A ;喷涂距离13mm ;离子气4_4. 5L/h ;送粉气:4-4. 5L/h ;保护气:6. 5-7L/h ;送粉电压6. 3V。
8.按照权利要求4-7的任一方法所制备的含富Mo硼化物增强相的铁基熔覆层。
全文摘要
一种制备铁基熔覆层用的合金粉末及涂覆层的制备方法，属于涂覆层技术领域。合金粉末的成分为Cr:12-18wt.%；Mo:20-28wt.%；C:1-1.8wt.%；B:2.5-4.5wt.%；Si:0.3-1.2wt.％，Mn:0.5-1.2wt.%;Fe:余量。涂覆层制备先对基体进行预处理，喷焊工艺参数转移弧电压29-32V；转移弧电流70-80A；喷涂距离12-14mm；离子气:4-4.5L/h；送粉气:4-4.5L/h；保护气:6.5-7L/h；送粉电压6.0-6.5V。本发明制备的熔覆层硬度高、耐磨性良好、产生开裂和其他熔覆缺陷的倾向小。
文档编号C22C38/32GK103060655SQ20121038232
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月10日 优先权日2012年10月10日
发明者周正, 贺定勇, 姚海华, 蒋建敏, 赵秋颖, 崔丽, 王智慧, 李晓延 申请人:北京工业大学