本发明涉及一种适合于激光熔覆的合金粉末材料，特别涉及一种适用于石油钻具的硬度较高、耐磨性能较好的原为生成陶瓷相增强铁基复合材料。
背景技术：
石油钻具是石油及天然气钻采设备的重要部件，是石油专业管材的重要组成部分，具体包括钻铤、钻杆、转换接头、扶正器等，石油钻具的质量和使用寿命将直接影响整个石油钻采工程的经济效益。石油钻具的主要作用包括加深钻井深度、传递扭矩、提供钻井液循环的通道、提供切削地层的钻压等。石油钻具的工作环境恶劣、复杂，需要承受各种载荷，如拉伸、扭转、振动等，同时还受到严重的磨损。例如石油钻具中钻杆，其主要作用是传递扭矩和输送钻井液，工作过程中钻杆接头和管套发生强烈的磨损，还有石油钻具中的扶正器，其主要作用是防斜打直，修正井壁，降低井斜变化率和方位变化率，工作过程中扶正器随钻柱一起钻进，棱边极易磨损。为了减轻石油钻具在工作工程中受到的严重磨损，通常在石油钻具的表面包覆一层耐磨材料，使其能够大大提高石油钻具的抗磨寿命，提高经济效益。
目前，传统的石油钻具耐磨涂层是由一些常规的合金粉末加入硬质陶瓷相组成。这种方式获得的涂层总存在一些缺点，如外加颗粒与熔覆合金在高温下很容易发生作用，从而导致陶瓷相的烧损；外加颗粒因表面污染，使该界面成为低强度低韧性的弱界面，与基体结合性差，且易产生裂纹等。
激光熔覆工艺作为一种新型的表面改性技术，其具有冷速快，凝固组织细化、热输出小，工件变形少以及涂层稀释率低等诸多优点，越来越多的被应用到石油钻具耐磨带的制备中。
技术实现要素：
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题，通过反复研究改进，给出了一种激光熔覆石油钻具耐磨合金粉末材料，本发明给出的这种激光熔覆石油钻具耐磨合金粉末材料，其硬度较高，耐磨性能好，是适用于激光熔覆工艺的原位生成陶瓷相增强铁基复合材料，作为石油钻具耐磨带涂层，能有效减少石油钻具在工作过程中的磨损。
本发明给出的技术方案是：这种激光熔覆石油钻具耐磨合金粉末材料，是在高铬铁基材料的基础上通过添加V、C等元素，原位生成VC陶瓷相进行强化，同时配合添加其他元素，共同起到提高强度、细化组织等作用，获得无裂纹、气孔等缺陷的具有良好耐磨性能的熔覆层。其中各组分的加入量按重量百分数为。
C 3.2~3.6%，Cr 15.2~15.5%，Ni 1.9~2.3%，Si 1.0~1.4%，Mn 0.3~0.6%，Mo 0.9~1.2%，V 15.5~15.9%，Zr 0.06~0.09，余量为Fe。
与现有技术相比，本发明给出的这种合金粉末的特点在于以Fe为基础合金，因为其来源广泛，价格低廉，与钢铁材料成分接近、结合强度高，相熔性好且抗磨性和耐蚀性较好。粉末中生成的VC颗粒除了具有高熔点、高硬度、热稳定性好等优点外，还具有原位生成陶瓷相自有的优点：陶瓷相是从金属基体中原位形核、长大的热力学稳定相，与金属基体的浸润良好，界面结合强度高；基体与陶瓷相之间界面干净无污染，还避免了陶瓷相在增强的同时产生裂纹源；生成的陶瓷相弥散细小，分布均匀，空隙率小。另外，合金粉末中的铬含量较高，可与粉末中的碳元素形成适量的碳化铬，提高涂层的硬度和耐磨性能；在粉末中加入适量的硅使粉末具有一定的自脱氧、造渣能力，提高液态金属的润湿能力，同时镍的加入可以大幅度提高熔覆层的耐蚀性能，还能够细化晶粒，提高熔覆层的强度；稀土元素Zr能够起到使组织均匀细化的作用。通过调整各元素间成分的配比，使得到的熔覆层无夹杂、气孔以及裂纹等缺陷，且耐磨损性能优异，适合作为石油钻具耐磨材料。
此外，为了获得良好的力学性能，微观组织以及与基体结合良好的均匀致密的涂层，还需采用合适的激光熔覆工艺参数。通过优化调整激光熔覆工程中的激光功率、扫描速度、送粉速度等，本发明给出了较合适的激光熔覆工艺参数：激光功率 3600~4000W，扫描速度400~600mm/min，送粉率11~15g/min，光斑直径4×1mm，氩气保护。通过激光加热，涂层中原位生成陶瓷颗粒硬质相VC，可以大大减轻石油钻具的磨损情况，提高石油钻具的使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明提供试用于石油钻具的激光熔覆粉末进行具体说明。
实施例1。
(1)表面预处理。
对需要进行激光熔覆的石油钻具表面进行油污、杂质等处理。
(2)粉末成份配比。
提供一种与基体材料结合性好的铁基耐磨材料，其中原位生成的VC颗粒弥散分布于母材当中，其硬度高、与母材结合良好，界面干净无污染，更大限度地提高了材料的耐磨性能及熔覆性能。按所需成分配比粉末并充分混合。各合金元素的重量百分数为：C 3.2%，Cr 15.2%，Ni 1.9%，Si 1.2%，Mn 0.4%，Mo 0.9%，V 15.6%，Zr 0.06，余量为Fe。
(3)送粉方式及送粉量选择。
采用同步送粉的方式进行激光熔覆，使粉末直接落入熔池当中，送粉量为11.2g/min。
(4)CO2气体激光器激光熔覆。
使用DL-HL-T5000型CO2气体激光器进行激光熔覆，并在熔覆过程中以氩气作为保护气体。其中工艺参数为：
熔覆功率P=3800W
光斑直径D=4mm
扫描速度V=400mm/min
搭接率为50%。
(5)熔覆后探伤检验。
要求加工部位无肉眼可见裂纹、气孔等缺陷，表面平整。
实施例2。
(1)表面预处理。
对需要进行激光熔覆的石油钻具表面进行油污、杂质等处理。
(2)粉末成份配比。
提供一种与基体材料结合性好的铁基耐磨材料，其中原位生成的VC颗粒弥散分布于母材当中，其硬度高、与母材结合良好，界面干净无污染，更大限度地提高了材料的耐磨性能及熔覆性能。按所需成分配比粉末并充分混合。各合金元素的重量百分数为：C 3.4%，Cr 15.3%，Ni 1.9%，Si 1.2%，Mn 0.5%，Mo 1.0%，V 15.8%，Zr 0.07，余量为Fe。
(3)送粉方式及送粉量选择。
采用同步送粉的方式进行激光熔覆，使粉末直接落入熔池当中，送粉量为13.3g/min。
(4)CO2气体激光器激光熔覆。
使用DL-HL-T5000型CO2气体激光器对环槽端面进行激光熔覆，并在熔覆过程中以氩气作为保护气体。其中工艺参数为：
熔覆功率P=3600W
光斑直径D=4mm
扫描速度V=500mm/min
搭接率为50%。
(5)熔覆后探伤检验。
要求加工部位无肉眼可见裂纹、气孔等缺陷，表面平整。
实施例3。
(1)表面预处理。
对需要进行激光熔覆的石油钻具表面进行油污、杂质等处理。
(2)粉末成份配比。
提供一种与基体材料结合性好的铁基耐磨材料，其中原位生成的VC颗粒弥散分布于母材当中，其硬度高、与母材结合良好，界面干净无污染，更大限度地提高了材料的耐磨性能及熔覆性能。按所需成分配比粉末并充分混合。各合金元素的重量百分数为：C 3.5%，Cr 15.3%，Ni 2.1%，Si 1.3%，Mn 0.5%，Mo 1.1%，V 15.7%，Zr 0.06，余量为Fe。
(3)送粉方式及送粉量选择。
采用同步送粉的方式进行激光熔覆，使粉末直接落入熔池当中，送粉量为14.8g/min。
(4)CO2气体激光器激光熔覆。
使用DL-HL-T5000型CO2气体激光器对环槽端面进行激光熔覆，并在熔覆过程中以氩气作为保护气体。其中工艺参数为：
熔覆功率P=4000W
光斑直径D=4mm
扫描速度V=600mm/min
搭接率为50%。
(5)熔覆后探伤检验。
要求加工部位无肉眼可见裂纹、气孔等缺陷，表面平整。