原位合成wc颗粒增强铁基复合涂层的药芯焊丝及制备方法
【专利摘要】本发明公开了原位合成WC颗粒增强铁基复合涂层的药芯焊丝及制备方法，以低碳钢为外层包皮，内部为多元合金粉末构成粉芯，粉芯的各组成成分质量份数为：蓝钨42.4-48份，泥状石墨8.0-9.5份，高碳铬铁17.4-20.6份，镍粉2.0-3.5份，硼铁2.0-2.8份，硅铁1.0-2.2份，还原铁粉12.8-23.6份。本发明的有益效果是电弧反应条件下反应生成WC颗粒与基体的结合强度更高，颗粒分布更加均匀，涂层表面质量高。
【专利说明】原位合成WC颗粒增强铁基复合涂层的药芯焊丝及制备方 法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属堆焊材料【技术领域】，涉及原位合成WC颗粒增强铁基复合涂层的 药芯焊丝及制备方法。
【背景技术】
[0002] 碳化钨颗粒由于其优异的力学性能，高硬度、延展性及杨氏模量，与铁族元素有很 好的润湿性的特点，受到了人们的广泛关注。工业上以WC为基体，Fe、Co或Ni金属作为粘 结相材料，采用粉末冶金制得的硬质合金具有优异的耐磨性能，得到了广泛的应用。但是， WC硬质合金硬度大、韧性差、难以将硬质合金整体用于耐磨构件、生产工艺复杂，设备投入 大，导致材料制备成本过高的问题制约了这类材料在耐磨材料零件上的应用。
[0003] 而采用表面改性技术，制备的WC钢铁基复合材料，很好的解决了材料耐磨性能与 整体力学性能之间的矛盾。但是，目前的制备方法也存在着比较多的问题。采用热喷涂制 备WC钢铁基复合涂层时普遍存在涂层孔隙率较高、与基体结合强度较低、涂层表面质量差 且难于控制等不足之处；激光熔覆也存在WC颗粒分布不均、裂纹和设备投入巨大的问题。
[0004] 而且，由于WC颗粒是直接添加，表面易受污染，降低WC与基体结合强度；高温热源 的作用下也容易产生WC颗粒的溶解转变，在WC颗粒周围形成富碳的脆性组织，使得陶瓷颗 粒在外力的作用下容易脱离基体，降低材料的耐磨性能，加之WC原料价格上涨等因素，使 得材料的制备成本升高，所以，急需开发一种新产品或改进现有工艺满足生产规模化、成本 低廉化、性能稳定化的需求。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供用于原位合成WC颗粒增强铁基复合涂层的药芯焊丝，解 决了现有方法存在的与基体结合强度较低、涂层表面质量差且难于控制的问题。
[0006] 本发明的另一个目的是提供原位合成WC颗粒增强铁基复合涂层的药芯焊丝的制 备方法。
[0007] 本发明的技术方案是以低碳钢为外层包皮，内部为多元合金粉末构成粉芯，粉芯 的各组成成分质量份数为：蓝钨42. 4-48份，泥状石墨8. 0-9. 5份，高碳铬铁17. 4-20. 6份， 镍粉2. 0-3. 5份，硼铁2. 0-2. 8份，硅铁1. 0-2. 2份，还原铁粉12. 8-23. 6份。
[0008] 进一步，所述低碳钢为H08A低碳钢。
[0009] 进一步，所述药芯焊丝外径为3. 2-4. 0mm。
[0010] 进一步，所述粉芯填充率为49-52%。
[0011] 制作药芯焊丝的方法，按照以下步骤进行：
[0012] 步骤1 :按照质量份数准备粉末状原料：蓝钨42. 4-48份，泥状石墨8. 0-9. 5份， 高碳铬铁17. 4-20. 6份，镍粉2. 0-3. 5份，硼铁2. 0-2. 8份，硅铁1. 0-2. 2份，还原铁粉 12. 8-23. 6 份；
[0013] 步骤2 :将原料粉末放入混料机中充分的搅拌、混合，制成合金混合粉；
[0014] 步骤3 :将合金混合粉置于干燥箱中加热到120-160°c，保温2h ;
[0015] 步骤4 :合金混合粉随炉冷却至室温后，用药芯焊丝成型机将药芯包裹在H08A低 碳钢构成的外层包皮内制成不同直径的药芯焊丝。
[0016] 本发明的有益效果是电弧反应条件下反应生成WC颗粒与基体的结合强度更高， 颗粒分布更加均匀，涂层表面质量高。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0018] 步骤1 :按照质量份数准备粉末状原料：蓝钨42. 4-48份，泥状石墨8. 0-9. 5份， 高碳铬铁17. 4-20. 6份，镍粉2. 0-3. 5份，硼铁2. 0-2. 8份，硅铁1. 0-2. 2份，还原铁粉 12. 8-23. 6 份；
[0019] 步骤2 :将步骤1的原料粉末放入混料机中充分的搅拌、混合，制成合金混合粉；
[0020] 步骤3 :将合金混合粉置于干燥箱中加热到120-160°c，保温2h ;
[0021] 步骤4 :合金混合粉随炉冷却至室温后，用药芯焊丝成型机将药芯包裹在H08A低 碳钢构成的外层包皮内制成不同直径的药芯焊丝。
[0022] 本发明药芯焊丝用于埋弧焊机施焊。药芯焊丝粉芯填充率为49-52%。药芯焊丝 采用拉丝成型工艺制成外径3. 2-4. 0mm。
[0023] 本发明药芯焊丝可以在电弧反应条件下反应生成WC颗粒增强铁基熔覆层，而且 不存在WC的溶解和表面污染影响WC颗粒与基体的结合强度的问题，有效的提高了熔覆层 的耐磨性能。本发明由于是焊丝制品，易于实现自动化生产，提高生产效率，在电弧下就可 以获得WC铁基复合涂层，因此生产成本低，WC颗粒为反应合成，与基体结合界面清洁，也避 免了 WC的溶解，熔覆层的性能得到了很好的提高。
[0024] 本发明与现有技术相比有如下明显区别：
[0025] 1.与粉末冶金得到的硬质合金相比，由于基体为铁基合金，使得熔覆层具有高耐 磨性的同时也具备了良好的塑性。而且可以整体熔覆在耐磨构件表面，达到延长零件使用 寿命的效果。而且，应用领域更加广泛，既可以用于零件的整体生产，又可以用于零件的修 复。
[0026] 2.与热喷涂相比较，WC颗粒与基体的结合强度更高，颗粒分布更加均勻，材料的 孔隙率低，材料的利用率更高。
[0027] 3.与现有熔覆方法相比，由于WC颗粒为反应生成，无 WC沉底、溶解、表面不洁净的 问题，因此耐磨性能更加稳定。
[0028] 下面列举具体实施例对本发明进行说明：
[0029] 实施例1 :焊丝外层包皮为H08A钢带，钢带宽度为16mm，厚0? 35mm。焊丝粉芯配比 为蓝色氧化钨44份，泥状石墨8. 5份，高碳铬铁19份，镍粉2. 5份，硼铁2. 5份，硅铁1. 5份， 还原铁粉13份，填充率为51%，焊丝外径为03.8mm。采用埋弧堆焊，焊接电流为380A，焊 剂260,焊接试板为普通低碳钢，尺寸为200X100X20mm，堆焊单道焊150mm，堆焊层无肉眼 看见裂纹。采用MLS-23型湿砂橡胶式摩擦磨损试验机进行耐磨性试验。在砝码为2. 5kg，磨 料为40?60目的石英砂，砂浆比例为I. 5kg石英砂配Ikg水的条件下，试样先预磨lOOOr， 然后再磨IOOOr后，磨损量为0. 0113g。用HR-150洛氏硬度计测试硬度，采用多位多点测试 方法，取5点的平均值作为测试结果。熔覆金属的平均硬度为HRC64. 6。
[0030] 实施例2 :焊丝外层包皮为H08A钢带，钢带宽度为16mm，厚0? 35mm。焊丝粉芯配比 为蓝色氧化钨44份，泥状石墨8. 5份，高碳铬铁19份，镍粉3. 5份，硼铁2. 8份，硅铁2. 2份， 还原铁粉13,填充率为52%，焊丝外径为03.8mm。采用埋弧焊堆焊，焊接电流为380A，焊 剂260,焊接试板为普通低碳钢，尺寸为200X100X20mm，堆焊单道焊150mm，堆焊层无肉眼 看见裂纹。采用MLS-23型湿砂橡胶式摩擦磨损试验机进行耐磨性试验。在砝码为2. 5kg，磨 料为40?60目的石英砂，砂浆比例为I. 5kg石英砂配Ikg水的条件下，试样先预磨lOOOr， 然后再磨l〇〇〇r后，磨损量为O.OlOlg。用HR-150洛氏硬度计测试硬度，采用多位多点测试 方法，取5点的平均值作为测试结果。熔覆金属的平均硬度为HRC64. 6。
[0031] 实施例3 :焊丝外层包皮为H08A钢带，钢带宽度为16mm，厚0? 35mm。焊丝粉芯配比 为蓝色氧化钨42. 4份，泥状石墨8. 0份，高碳铬铁17. 4份，镍粉2. 0份，硼铁2. 0份，硅铁 1.0份，还原铁粉12. 8份，填充率为50%，焊丝外径为03.2mm。采用埋弧焊堆焊，焊接电流 为380A，焊剂260,焊接试板为普通低碳钢，尺寸为200 X 100 X 20mm，堆焊单道焊150mm，堆 焊层无肉眼看见裂纹。采用MLS-23型湿砂橡胶式摩擦磨损试验机进行耐磨性试验。在砝 码为2. 5kg，磨料为40?60目的石英砂，砂浆比例为I. 5kg石英砂配Ikg水的条件下，试样 先预磨1000r，然后再磨IOOOr后，磨损量为0. 0103g。用HR-150洛氏硬度计测试硬度，采 用多位多点测试方法，取5点的平均值作为测试结果。熔覆金属的平均硬度为HRC64. 6。
[0032] 实施例4 :焊丝外层包皮为H08A钢带，钢带宽度为16mm，厚0? 35mm。焊丝粉芯配 比为蓝色氧化钨48份，泥状石墨9. 5份，高碳铬铁20. 6份，镍粉3. 5份，硼铁2. 8份，硅铁 2. 2份，还原铁粉23. 6份，填充率为49 %，焊丝外径为04mm。采用埋弧焊堆焊，焊接电流 为380A，焊剂260,焊接试板为普通低碳钢，尺寸为200 X 100 X 20mm，堆焊单道焊150mm，堆 焊层无肉眼看见裂纹。采用MLS-23型湿砂橡胶式摩擦磨损试验机进行耐磨性试验。在砝 码为2. 5kg，磨料为40?60目的石英砂，砂浆比例为I. 5kg石英砂配Ikg水的条件下，试样 先预磨1000r，然后再磨IOOOr后，磨损量为0. 0093g。用HR-150洛氏硬度计测试硬度，采 用多位多点测试方法，取5点的平均值作为测试结果。熔覆金属的平均硬度为HRC64. 6。
[0033] 以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限 制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均 属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1. 一种用于原位合成WC颗粒增强铁基复合涂层的药芯焊丝，其特征在于：以低碳钢 为外层包皮，内部为多元合金粉末构成粉芯，粉芯的各组成成分质量份数为：蓝鹤42. 4-48 份，泥状石墨8.0-9. 5份，高碳铬铁17. 4-20. 6份，镍粉2. 0-3. 5份，硼铁2. 0-2.8份，硅铁 L 0-2. 2份，还原铁粉12. 8-23. 6份。
2. 按照权利要求1所述一种用于原位合成WC颗粒增强铁基复合涂层的药芯焊丝，其特 征在于：所述低碳钢为H08A低碳钢。
3. 按照权利要求1所述一种用于原位合成WC颗粒增强铁基复合涂层的药芯焊丝，其特 征在于：所述药芯焊丝外径为3. 2-4. 0mm。
4. 按照权利要求1所述一种用于原位合成WC颗粒增强铁基复合涂层的药芯焊丝，其特 征在于：所述粉芯填充率为49-52%。
5. 制作权利要求1所述药芯焊丝的方法，其特征在于按照以下步骤进行： 步骤1 :按照质量份数准备粉末状原料：蓝钨42. 4-48份，泥状石墨8.0-9. 5份，高碳铬 铁17. 4-20. 6份，镍粉2. 0-3. 5份，硼铁2. 0-2. 8份，硅铁1. 0-2. 2份，还原铁粉12. 8-23. 6 份； 步骤2 :将原料粉末放入混料机中充分的搅拌、混合，制成合金混合粉； 步骤3 :将合金混合粉置于干燥箱中加热到120-160°C，保温2h ; 步骤4 :合金混合粉随炉冷却至室温后，用药芯焊丝成型机将药芯包裹在H08A低碳钢 构成的外层包皮内制成不同直径的药芯焊丝。
【文档编号】B23K35/30GK104308390SQ201410442659
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】肖逸锋, 李雪丰, 何文远, 曾凡检, 杨燕, 龚建勋 申请人:湘潭大学