专利名称：一种氩弧熔覆铁基粉末的制作方法
技术领域：
本发明属于材料表面技术领域，提供一种氩弧表面熔覆用铁基粉末及其氩弧熔覆 工艺。
背景技术：
随着现代工业的发展，生产过程中对机械产品的性能要求越来越高，产品在高参 数(如高温、高压、高速等)和恶劣的工况条件下长期稳定运转，必然对其表面的强度、耐磨 性、耐蚀性等提出更高的要求。各种机械设备、仪器仪表、冶金零部件中的金属零件，以及各 种工模具，在使用过程中往往首先从表面发生破坏和失效，破坏的原因很大一部分是由于 表面磨损而造成的。因此，只要对零部件表面进行强化就能满足性能的要求。表面强化技术主要有热喷涂、表面熔覆等工艺方法，表面熔覆技术使基体表面获 得耐磨性能的同时，覆层材料与基体间可形成牢固的冶金结合，因此在一些要求表面不仅 具有抗磨性能，而且还需要承受强载荷作用的条件下，具有绝对优势。目前，表面熔覆技术 广泛应用于冶金、航空、机械等行业旧件的修复和新产品的制造上。表面熔覆常用高密度 热源有激光、等离子弧、聚焦光束等，其特点是能量密度较高，被强化表面质量好，但设备昂 贵，操作复杂。氩弧虽然能量密度较低，但其设备较为轻便、价廉、操作方便，易于在施工现 场施焊，使得氩弧表面强化技术易于普及，因此在一些中小件上可以推广应用。常用熔覆材料有铁基、镍基、钴基材料等，由于采用Fe基体时更能适于高温、高 速、重载、高磨损等工况条件下的性能要求，且铁基材料价格便宜、来源广泛，能够通过热处 理来调整其性能，所以应推广铁基熔覆材料的应用。
发明内容
本发明提供一种氩弧熔覆用铁基合金粉末及其氩弧熔覆工艺，用于在小型钢质 零部件上进行表面耐磨层制备，修复零部件尺寸或提高其表面耐磨性。熔覆层硬度可达 HRC55 63，耐磨性达45调质钢的4 6倍。所述氩弧熔覆铁基合金粉末由工业用钛铁、钒铁、硼铁、铬铁、石墨等混合而成，其 特征在于粉末的各组成原材料的质量百分比为钛铁(40 60)%，钒铁(10 25)%，铬铁 (15 30) %，硼铁(0 5) %，石墨(5 15) %。所述氩弧熔覆铁基合金粉末的具体实例钛铁50%，钒铁16%，铬铁22%，硼铁 2%，石墨10%。熔覆层硬度达到HRC58。所述钛铁、钒铁、硼铁、铬铁、石墨等原材料的粒度为40 200目，各原材料主要成 分(质量百分比)为钛铁Ti(25. 0 35. 0) %，钒铁V > 75 %，铬铁Cr >70%,硼铁B > 15 %，C < 0. 1%。氩弧熔覆工艺过程(1)按比例称取各粉末原材料，混合后搅拌均勻，获得氩弧熔覆用合金粉末。
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(2)合金粉末中加入粘结剂搅拌均勻，制成湿粉，将湿粉涂于经过表面清理去锈的 工件待熔覆表面并压平，涂层厚度0. 5 1. 5mm，或者将湿粉压制成Φ 2 4mm的棒状。将 湿粉棒或预涂涂层经24小时以上室温晾干，然后150°C烘干2小时。粘结剂采用水玻璃或 有机粘结剂。(3)利用钨极氩弧作为热源在工件表面逐道扫描预涂涂层，或扫描过程不断送进 压制好的棒状添加材料。钨极采用直径Φ3 4mm的2%钍钨极，直流正接，氩气流量8 12L/min,电流120 160A，电弧电压15 20V，扫描速度以粉末层或棒状材料能与基体熔 合好为准则，根据零件大小调整。(4)熔覆完成后，进行表面清理，根据具体要求重复上述过程进行多层熔覆，达到 要求的熔覆层厚度，最后磨削加工至所需要的零件尺寸。所述合金粉末涂层或棒材在氩弧热源作用下与基体材料一起熔化，同时合金元素 在热源作用下发生原位冶金反应，生成TiV、VC等碳化物及少量硼化物并均勻分布于铁基 熔体中，铁基熔体冷却凝固过程中又有W、Cr7C3等碳化物析出，最终形成碳化物增强铁基 复合熔覆层，提高工件表面硬度和耐磨性。原材料中钛铁提供约30%的钛和大量铁，钛是强碳化物形成元素，主要在电弧过 程中与碳结合形成颗粒状碳化物，是保证颗粒碳化物数量的主要元素；钒铁提供75%以上 的钒和部分铁，钒也是强碳化物元素，可以与钛一起形成复合颗粒碳化物，同时钒也在铁基 熔体中有较大溶解度，使铁熔体冷却凝固过程中析出部分VC碳化物，同时强化基体组织； 铬铁提供70%以上的铬和部分铁，铬是中强碳化物形成元素，电弧作用下主要是熔入铁基 熔体，熔体结晶冷却过程中形成Cr7C3碳化物，同时较多的铬元素仍以固溶形式存在于铁基 固溶体，强化基体组织。石墨主要是提供足够的碳元素用于形成足够数量的碳化物，硼铁 提供少量硼用于形成碳化硼或少量硼化物，进一步提高熔覆层硬度和耐磨性，石墨和硼铁 过多时易使熔覆层脆性增大，造成开裂。为保证足够的碳化物数量和良好的碳化物分布， 钛、钒、铬、碳各元素在粉末中含量的计算值的摩尔比约为Ti V Cr C = 1 (0.5 0. 8) (0. 5 1) (2 4)。
具体实施例方式按照粒度及成份要求购买工业用钛铁、钒铁、铬铁、硼铁、石墨等原材料，按照如下 比例(重量百分比)配制合金粉末并混合均勻钛铁(40 60)%，钒铁(10 25)%，铬铁 (15 30) %，硼铁(0 5) %，石墨(5 15) %。合金粉末中加入粘结剂搅拌均勻，制成湿粉，将湿粉涂于经过表面清理去锈的工 件待熔覆表面并压平，涂层厚度0. 5 1. 5mm，或者将湿粉压制成Φ 2 4mm的棒状。将湿 粉棒或预涂涂层经24小时以上室温晾干，然后150°C烘干2小时。粘结剂采用水玻璃或有 机粘结剂。利用钨极氩弧作为热源在工件表面逐道扫描预涂涂层，或扫描过程不断送进压制 好的棒状添加材料。钨极采用直径Φ 3 4mm的2%钍钨极，直流正接，氩气流量8 12L/ min,电流120 160A，电弧电压15 20V，扫描速度以粉末层或棒状材料能与基体熔合好 为准则，根据零件大小调整。熔覆完成后，进行表面清理，根据具体要求重复上述过程进行多层熔覆，达到要求的熔覆层厚度。最后磨削加工至所需要零件尺寸。
权利要求
一种氩弧熔覆用铁基合金粉末，其特征在于各粉末原材料的重量百分比为钛铁(40～60)％，钒铁(10～25)％，铬铁(15～30)％，硼铁(0～5)％，石墨(5～15)％。钛铁、钒铁、硼铁、铬铁、石墨等原材料的粒度为40～200目，各原材料主要成分(质量百分比)为钛铁Ti(25.0～35.0)％，钒铁V＞75％，铬铁Cr＞70％，硼铁B＞15％，C＜0.1％。
2.根据权利要求1所述合金粉末，钛、钒、铬、碳各元素在粉末中含量计算值的摩尔比 约为 Ti V Cr C = 1 (0. 5 0. 8) (0. 5 1) (2 4)。
3.根据权利要求1所述合金粉末，各组分优选重量百分比钛铁50%，钒铁16%，铬铁 22%，硼铁2%，石墨10%。
4.根据权利要求1所述合金粉末，加入水玻璃或有机粘结剂后混合均勻预涂于工件表 面(0. 5 1. 5mm厚)或制成Φ 2 4mm的棒状，烘干后用氩弧作热源将预涂粉末层或棒材 熔覆于工件表面形成耐磨熔覆层，钨极采用直径Φ 3 4mm的2 %钍钨极，直流正接，氩气流 量8 12L/min，电流120 160A，电弧电压15 20V。
全文摘要
一种氩弧熔覆用铁基粉末，属于材料表面技术领域。粉末由钛铁、钒铁、铬铁、硼铁、石墨组成，其特征在于各原材料的重量百分比为钛铁(40～60)％，钒铁(10～25)％，铬铁(15～30)％，硼铁(0～5)％，石墨(5～15)％。钛铁、钒铁、硼铁、铬铁、石墨等原材料的粒度为40～200目，各原材料主要成分(质量百分比)为钛铁Ti(25.0～35.0)％，钒铁V＞75％，铬铁Cr＞70％，硼铁B＞15％，C＜0.1％。将粉末用水玻璃或有机粘结剂混合均匀预涂于工件表面(0.5～1.5mm厚)或制成φ2～4mm的棒状，烘干后用氩弧作热源将粉末预涂层或棒材熔覆于工件表面形成耐磨熔覆层，钨极采用直径φ3～4mm的2％钍钨极，直流正接，氩气流量8～12L/min，电流120～160A，电弧电压15～20V。熔覆粉末成本低，熔覆层硬度达HRC55～63。
文档编号B23K9/16GK101954549SQ201010285479
公开日2011年1月26日 申请日期2010年9月19日 优先权日2010年9月19日
发明者唐琳琳, 张元彬, 罗辉, 霍玉双 申请人:山东建筑大学