一种激光熔覆用金属丝材材料及其制备方法与用途与流程

1.本发明属于新材料领域，具体涉及一种同时具有耐中性盐雾腐蚀（nss）性和高硬度性能的激光熔覆用金属丝材材料及其制备与用途，本发明的金属丝材材料主要用于采用丝材激光熔覆制备高硬度（耐磨）、耐腐蚀要求的涂层。


背景技术：

2.丝材激光熔覆技术作为激光熔覆技术的重要技术之一，具有广阔的应用前景，主要用于制备具有较高硬度（耐磨）、耐腐蚀性能要求的涂层，可替代镀铬技术和粉末激光熔覆技术进行零部件表面的特殊功能涂层的制备。丝材激光熔覆层的表面性能主要取决于所用金属丝材材料的性能。
3.针对粉末激光熔覆涂层的不同性能已经有较多的成熟材料体系，用于粉末激光熔覆。粉末激光熔覆用的粉末材料需要将所需一定配方的材料制备成金属棒材，再通过气雾化或旋转电极雾化法等方法制备成一定粒径的金属粉末。通过激光熔覆在零件表面形成具有一定力学和化学性能的熔覆层。在粉末材料制备过程中对材料的基本力学性能要求较低，一般只对最终熔覆层的硬度和耐腐蚀性做考核。此外还需在粉末中添加抗氧化元素、脱氧元素和造渣元素等，满足熔覆工艺的要求。对材料自身的抗拉强度、塑性、韧性没有要求。
4.丝材激光熔覆用的金属丝材在确定的成分配方下，要将材料制成直径φ5.0-φ8.0mm的盘条，再通过热处理和拉拔过程，将材料拉拔制作成直径1.0mm-1.6mm的金属丝材，因此除了对丝材材料的硬度和耐腐蚀性有要求外，对材料自身的塑韧性也有较高的要求。硬度较高的材料往往其塑韧性较差，容易发生脆性断裂，不容易拉拔成直径较细的丝材。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术缺陷，本发明提出一种适合用于丝材激光熔覆用、具有较高耐腐蚀性和较高硬度的不锈钢类型材料配方，具体提出一种丝材激光熔覆用金属丝材材料的配方。这种丝材材料用于丝材激光熔覆制备的功能涂层的表面硬度可以达到45-50hrc，且材料具有优异的耐中性环境腐蚀性能，在《gbt10125人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》条件下，中性盐雾腐蚀试验测试时，材料经过300小时腐蚀后表面的腐蚀评级按照《gbt6461金属基体上金属和其它无机覆盖层经腐蚀试验后的试样和试件的评级》，能够达到最高级9级以上。
6.本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：一种激光熔覆用金属丝材材料，包括如下质量百分比含量的各组分：c：0.09-0.16%；si：≤1.0%；mn：≤1.0%；cr：13.50-16.50%；ni：1.50-3.50%；
cu：1.30-2.25%；nb：0.10-0.20%；余量为fe。
7.进一步的根据本发明所述的激光熔覆用金属丝材材料，其中各组分的质量百分比含量为：c：0.10-0.15%；si：0.35-0.75%；mn：0.30-0.60%；cr：14.00-15.50%；ni：1.80-2.9%；cu：1.50-2.00%；nb：0.10-0.15%；余量为fe。
8.进一步的根据本发明所述的激光熔覆用金属丝材材料，其中各组分的质量百分比含量为：c：0.09%；si：0.48%；mn：0.49%；cr：15.05%；ni：2.97%；cu：2.25%；nb：0.16%；fe：78.51%。
9.进一步的根据本发明所述的激光熔覆用金属丝材材料，其中各组分的质量百分比含量为：c：0.11%；si：0.52%；mn：0.34%；cr：14.81%；ni：2.57%；cu：2.00%；nb：0.13%；fe：79.52%。
10.进一步的根据本发明所述的激光熔覆用金属丝材材料，其中各组分的质量百分比含量为：c：0.14%；si：0.75%；mn：0.40%；cr：14.03%；
ni：2.25%；cu：2.20%；nb：0.11%；fe：80.12%。
11.进一步的根据本发明所述的激光熔覆用金属丝材材料，其中所述激光熔覆用金属丝材材料为直径为φ1.0mm-φ1.6mm的不锈钢金属丝材材料。
12.一种本发明所述激光熔覆用金属丝材材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按照所述激光熔覆用金属丝材材料中各组份的质量配比称取各组份，并将称取的各组份混合均匀，形成原始物料混合物；步骤二、将步骤一得到的原始物料混合物放入熔炼炉中，在惰性气体保护下进行高温熔炼，熔炼后得到液态熔融合金；步骤三、将步骤二得到的液态熔融合金浇铸为连铸方坯，并通过热轧将方坯轧制成直径φ5.0mm-φ8.0mm的盘条；步骤四、将步骤三得到的盘条通过粗拉和精拉的拉拔工序得到直径为φ1.0mm-φ1.6mm的均匀细丝，并将细丝盘绕到焊丝盘上，制得所述激光熔覆用金属丝材材料。
13.一种本发明所述的激光熔覆用金属丝材材料的用途，所述激光熔覆用金属丝材材料用于制备出直径φ1.0-1.6mm的激光熔覆丝材，所述激光熔覆丝材用于进行液压支架油缸表面的激光熔覆处理。
14.进一步的根据本发明所述激光熔覆用金属丝材材料的用途，所述激光熔覆丝材对液压支架油缸表面进行激光熔覆处理后，表面激光熔覆涂层的硬度达到hrc45-50，表面激光熔覆涂层的耐中性盐雾腐蚀（nss）达到300小时以上。
15.通过本发明的金属丝材材料配方能够达到以下有益效果：1）本发明提供了一种激光熔覆用的金属丝材配方，主要用于零件表面同时具有耐腐蚀和高硬度性能要求涂层的制备，本发明的丝材材料配方属于铁基不锈钢类型材料，通过添加提高强韧性的合金元素，使得材料在具有良好耐腐蚀性的同时，具有较高的硬度和塑韧性，从而可以通过拉拔的方式制备成金属丝材；2）本发明能有效提高材料的硬度，本发明材料在激光熔覆后焊态下的硬度能够达到45-50hrc。现有铁基不锈钢丝材材料中硬度较高的为沉淀硬化不锈钢类材料，如0cr17ni4cu4nb(17-4ph)，其激光熔覆后焊态下的硬度为35-40hrc，本发明的材料配方激光熔覆后焊态下硬度较17-4ph材料激光熔覆后焊态下的硬度能够提升10hrc左右；3）本发明材料配方的耐中性盐雾和酸性盐雾腐蚀的效果非常优异，与17-4ph材料相比，耐腐蚀性能够达到同样的效果。
具体实施方式
16.本发明提供了一种激光熔覆用金属丝材材料，主要用于零件表面同时具有耐腐蚀和高硬度性能要求涂层的制备。本发明的激光熔覆用金属丝材材料属于铁基不锈钢类型材料，通过添加提高强韧性的合金元素，使得材料在具有良好耐腐蚀性的同时，具有较高的硬度和塑韧性，从而可以通过拉拔的方式制备成金属丝材。
17.本发明提供了一种激光熔覆用金属丝材材料，具体的属于新型马氏体不锈钢材料
1cr14ni2.5cu2nb配方，所述激光熔覆用金属丝材材料的成分组成及质量百分比为：c：0.09-0.16%、si：≤1.0%、mn：≤1.0%、cr：13.50-16.50%、ni：1.50-3.50%、cu：1.30-2.25%、nb：0.10-0.20%、余量为fe和其它不可避免的杂质元素。
18.进一步优选的本发明所述激光熔覆用金属丝材材料的成分组成及质量百分比为：c：0.10-0.15%、si：0.35-0.75%、mn：0.30-0.60%、cr：14.00-15.50%、ni：1.80-2.9%、cu：1.50-2.00%、nb：0.10-0.15%、余量为fe和其它不可避免的杂质元素。
19.本发明通过元素的合理调配保证了材料耐腐蚀性的同时不但提升了材料的硬度，同时材料的具有良好的塑韧性，便于制备成丝材。与现有马氏体不锈钢相比，该不锈钢成分具有优良的耐腐蚀性和更高的硬度，具体的本发明所述金属丝材材料配方成分中主要合金元素的作用如下：铬（cr）：铬是起到耐腐蚀作用的主要合金元素，cr能在零件的表面形成一层致密的氧化膜，起到对材料内部的保护作用，cr元素含量控制在13.50-16.50%，能够起到良好的耐腐蚀作用。为了能够同时满足材料具有高的硬度，本发明中更优选的cr元素的含量控制在14.00-15.50%。
20.镍（ni）：ni元素能提高耐腐蚀性和材料的韧性，但ni元素为奥氏体形成元素，ni含量增大时材料的奥氏体组织增加，材料的硬度会降低，因此在本发明中ni元素的含量控制在1.50-3.50%，本发明更优选的ni元素的含量为1.80-2.90%，相对于现有技术中ni的含量一般都超过3%，本发明进一步创新的在最有实施方式下将ni的含量控制至3%以内，且通过与其他元素的配合使得较低的ni含量能够在保持材料耐腐蚀性的同时，有效降低组织中的奥氏体含量，可增加材料的强度。
21.铜（cu）：cu元素在本发明的不锈钢中可以起到沉淀硬化的作用，同时能够提升材料的耐腐蚀性能，本发明中cu元素的含量控制在1.30-2.25%，优选的含量为1.50-2.00%；本发明相对于现有技术通过创新的增加材料中cu元素含量（相对于现有技术增加了约2.0%左右的cu元素），起到了沉淀硬化的作用，增加了材料的硬度。
22.铌（nb）：nb是一种强碳化物形成元素，能够有效的提高材料的强度和硬度，并具有沉淀硬化的作用，适量的nb元素含量可以稳定材料的硬度。nb元素的含量控制在0.10-0.20%，优选的nb含量为0.10-0.15%；碳（c）：c元素为保证材料硬度的主要元素，但对于不锈钢来说，c元素的含量必须严格的进行控制，c含量过高会导致材料形成cr
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c6化合物，在材料表面形成贫cr区，从而降低材料的耐腐蚀性，c元素含量过低则影响材料的强度，导致材料的硬度下降，达不到发明的要求。因此在本发明配方中材料的c元素含量须控制在0.09-0.16%，优选的c含量控制在0.10-0.15%。
23.另外本发明的配方材料中不添加si、b等造渣元素，降低了材料的夹渣风险，可提升材料的塑韧性。同时相对于现有技术本发明中不含mo元素，有利于材料塑韧性的提升，使得更容易拉拔制备成丝材材料，这也是本发明相对于现有技术的重大改进。
24.本发明所述激光熔覆用金属丝材材料通过以下步骤制备：步骤一、按照所述激光熔覆用金属丝材材料中各组份的质量配比称取各组份，并将称取的各组份混合均匀，形成原始物料混合物；步骤二、将步骤一得到的原始物料混合物放入熔炼炉中，在惰性气体保护下进行
高温熔炼，熔炼后得到液态熔融合金；步骤三、将步骤二得到的液态熔融合金浇铸为连铸方坯，并通过热轧将方坯轧制成直径φ5.0mm-φ8.0mm的盘条；步骤四、将步骤三得到的直径φ5.0-φ8.0mm的盘条通过粗拉和精拉的拉拔工序得到直径为φ1.0mm-φ1.6mm的均匀细丝作为焊丝，并将焊丝盘绕到焊丝盘上，制得所述激光熔覆用金属丝材材料。
实施例
25.下面给出本发明的具体实施例，通过实施例来说明本发明的实施效果。
26.实施例1：实施例1所示材料的成分配方为表1：表1.实施例1材料成分配方元素csimncrnicunbfe及其它质量百分比%0.090.480.4915.052.972.250.1678.51实施例1配方材料的表面硬度如表2所示：表2.实施例1材料的表面硬度实施例2：实施例2所示材料的成分配方为表3：表3.实施例2材料成分配方元素csimncrnicunbfe及其它质量百分比%0.110.520.3414.812.572.000.1379.52实施例2配方材料的表面硬度如表4所示：表4.实施例2材料的表面硬度实施例3：实施例3所示材料的成分配方为表5：表5.实施例3材料成分配方实施例3配方材料的表面硬度如表6所示：表6.实施例3材料的表面硬度
本发明技术方案及其实施例的创新效果：1）本发明提出的一种丝材配方在具有高硬度和耐腐蚀性的同时，材料本身具有良好的塑性和韧性，容易制备出直径φ1.0-1.6mm的丝材；2）本发明提供的丝材配方是一种同时具有高硬度和耐腐蚀性的不锈钢材料；3）采用本发明提供的金属丝材制备的丝材激光熔覆层具有高的硬度和耐腐蚀性，涂层硬度可以达到hrc45-50，耐中性盐雾腐蚀（nss）300小时以上，不发生腐蚀。
27.发明进一步提出这种激光熔覆用金属丝材材料的制备方法为采用连铸连扎和拉拔制备方法，可制备出直径为φ1.0mm-φ1.6mm的不锈钢金属丝材材料，用于进行液压支架油缸表面的激光熔覆处理。发明通过配方配比优化使得不锈钢金属丝材在完全不牺牲、甚至提高其硬度、耐磨、耐腐蚀和焊接性能的同时，实现了其中cr、ni等元素成分含量的优化控制，可有效的降低材料的成本。
28.以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴，本发明具体的保护范围以权利要求书的记载为准。