CN102286702A - 一种铁基粉末及其零件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及含铁、铬、硅、硼、碳、钛、镍、锰的铁合金粉末，可用于火焰喷涂、等离子转移弧堆焊以及HVOF。本发明具有优良的耐磨性能和耐腐蚀性能，可替换镀铬工艺用于发动机活塞环、液压缸(辊)、造纸机及印刷机轧辊等需要高耐磨和耐腐蚀的表面涂层合金。同时该成分可以制作而成粉末冶金零件，用于对耐磨要求比较高的零件，例如耐火砖模具等。

Description

一种铁基粉末及其零件

本专利在于发明一种具有优良耐磨性能以及耐腐蚀性能的铁合金粉末及其零件。铁基合金具有较低的成本，所以对铁基合金的研究受到了广泛的关注。 

比如说威海三盾的专利CN 1831180A，其主要成份是(重量百分比)：0.8-5％的碳，9-30的铬，0.1-2的钒，0.3-5的钼，0.2-5的硼，0.5-6的镍，0.01-2的稀土，余量为Fe。该发明涉及一种堆焊和铸造的耐磨合金材料，以铬的碳硼化合物为主要硬质强化相，硬度较以纯碳化铬为硬质项的普通高铬堆焊合金有了一定的提高。 

再比如说专利CN86107901，其主要成份是(重量百分比)：0-40％的铬，1-40％的钼，1-15％的铜，0.2-5％的硼，0-5％的硅，0.01-2％的碳，余量为Fe。该成份的合金粉末解决了耐磨耐腐蚀性能。但由于含有较高的稀贵金属钼，所以成本较高。而我们研究的具有优良耐磨性能以及耐腐蚀性能的铁基粉末，有效的控制了稀贵元素的量，使得我们的成本得到了有效的控制。 

根据我们的工作，做了大量的铁合金方面的工作。找到了一个成分范围，它在具有优良耐磨性的同时还具有耐腐蚀性能。且经过实验，其耐腐蚀性能能够达到不锈钢316L的性能。拓宽了产品的用途，除了应用于需要高耐磨性能的工况，还可以应用于耐蚀的工况，例如造纸机器、印刷机轧辊上。 

本发明从提高硬质相的硬度入手，除了常用的硼化合物，碳化合物等硬质强化相，本发明还以TiB₂为硬质强化相，TiB₂具有耐磨耐腐蚀的特性，其HV有3000之高，几乎是碳化钨显微硬度的两倍。本发明除了含Cr，Ti，B，C，Si，Mn，Ni等合金元素之外，进一步的，可以加入Mo、Cu、Co，W，V等进一步改善 合金的性能；加入一定量的稀土元素，使得合金晶粒细化，显著改善合金的抗冲击性能。 

本发明的主要目的是提供一种新颖的可用于喷涂和PTA的铁基合金粉末以及粉末冶金零件。本发明具有优良的耐磨性能以及耐腐蚀性能，可替换镀铬工艺用于发动机活塞环、液压缸(辊)、造纸机及印刷机轧辊等需要高耐磨和耐腐蚀的表面涂层合金。其合金成份含15-45％的铬，0.05-5.5％的硅，0.5-8％的碳，0.01-5％的锰，0.01-8％钛，0-15％的镍，2-12％的硼以及其它特殊合金的加入元素。由于特殊的成份设计，使得该成份具有较好的耐磨性能和耐腐蚀性能。其耐磨性可以达到Cr3C2-NiCr的水平，耐腐蚀性能达到316L的水平。更进一步，如果加入微量的细化晶粒的元素，产品的性能能够取得更进一步的改善。本发明铁合金成分可以通过水雾化或者气雾化制成热喷涂粉末用于喷涂或者PTA，同时本发明的铁合金成分可以制成粉末冶金零件。图1为该发明实施例1放大5000倍的电镜图，图2为该发明实施例1放大500倍的电镜图，图3为实施例4的金相组织图。 

实施例

实施例1 

根据本发明，利用水雾化的方式制备热喷涂粉末，其中熔炼温度为1500-1700度，雾化冷却压力30-40Mpa，水浴温度40度。该粉末具有以下的重量百分比成份： 

20％ 铬， 

1.2％硅， 

1.5％锰， 

3.5％硼， 

1.5％碳， 

1％  钛， 

2％  钨， 

1％  钒， 

余量为铁。 

利用泰勒筛筛分出15-45um的粉末。采用T1-13200CY型号的HVOF设备进行喷涂，基体为常用的Q235钢。喷涂设备采用航空燃油座位燃料，氧气作为助燃气，送粉载气采用氮气。煤油流量为20.4L/H，氧气流量为61.4m³/H，氧气压力1.23M/Pa，送粉率为6Kg/h，喷涂距离为330mm。 

对以上喷涂涂层进行显微硬度测试：试样大小为10mm*14mm*5mm，采用71型显微硬度计进行实验，实验载荷为300g，压力保持时间为15s，测试结果显示HV0.3为982Mpa。 

对涂层进行磨粒磨损实验。磨粒磨损试验用根据ASTM-G6-91标准试制的干式橡胶轮磨损试验机进行。试验尺寸为25mm*40mm*3mm。试验载荷为13N，磨料为120号棕刚玉砂，橡胶轮转速为50r/min，砂流量为100g/min，磨损时间为15min，涂层的磨损用失重量表示，测试结果为24mg。 

实施例2 

根据本发明，利用水雾化的方式制备热喷涂粉末，其中熔炼温度为1500-1700度，雾化冷却压力30-40Mpa，水浴温度40度。该粉末具有以下的重量百分比成份： 

27％  铬， 

1.3％ 硅， 

10％  镍， 

4％   钴， 

0.8％ 锰， 

0.02％钛， 

2.5％ 硼， 

0.5％ 碳， 

5％   钼， 

余量为铁。 

利用同实例1的实验条件进行喷涂，并对样品做显微硬度测试、涂层磨粒磨损实验和冲蚀磨损实验。其结果如下： 

HV0.3为715Mpa 

涂层失重量为33mg 

同时，为了测试其耐腐蚀性能，根据EN ISO 9227进行盐雾腐蚀实验，其结果500小时无腐蚀. 

实施例3 

根据本发明，利用水雾化的方式制备热喷涂粉末，其中熔炼温度为1500-1700度，雾化冷却压力30-40Mpa，水浴温度40度。该粉末具有以下的重量百分比成份： 

25％ 铬， 

1％  硅， 

5.5％硼， 

1％  锰， 

1.5％ 碳， 

3％   钛， 

0.2％ 镧， 

余量为铁。 

利用同实施例1的实验条件进行喷涂，并对样品做显微硬度测试、涂层磨粒磨损实验和冲蚀磨损实验。其结果如下： 

HV0.3为1120Mpa 

涂层失重量为22mg 

根据实施例3发现，因为加入了细化晶粒的元素，使得其硬度和抗冲蚀性能大幅度的提高。 

实施例4 

将实施例1所制作的粉末经泰勒筛筛取-20um的铁合金粉末，添加硬脂酸锌和无水乙醇使其成型，之后在700Mpa的压力下进行压制成型；压制后进行烧结，烧结工艺为300摄氏度预烧并保温2个小时，加热至1150-1280摄氏度保温0.5-2小时。 

对以上所述铁合金制品进行洛氏硬度的测试，其结果为61HRC。用同样的方法对常用耐火模具材料40Cr进行硬度测试，其硬度是52HRC。 

对比例1 

利用实施例1中的显微硬度实验及磨粒磨损实验方法对粒度为15-45um的Cr3C2-25NiCr喷涂粉测试其涂层性能。其结果如下： 

HV0.3为860Mpa 

涂层失重量为25mg 

对比例2 

利用同实施例2相同的试验方法对粒度为15-53um的316L喷涂粉测试其涂层腐蚀性能。其结果24小时表面有腐蚀痕迹。 

实施例1，3和对比例1在硬度上和耐磨性能上对比数据如下： 

	HV0.3	磨粒磨损失重
			实施例1	982Mpa	24mg
实施例3	1120Mpa	22mg
			对比例1	860Mpa	25mg

通过对比实施例3和对比例1发现，铁基合金喷涂粉的硬度和耐磨性能达到甚至超过Cr3C2-25NiCr的硬度和耐磨性能。 

通过对比实施例2和对比例2的腐蚀性能，发现该成份的铁基合金喷涂粉的耐腐蚀性达到不锈钢316L涂层的耐腐蚀性。通过对比实施例3和对比例1，2发现，该成份产品的硬度和耐磨性能达到甚至超过Cr3C2-25NiCr的硬度和耐磨性能，同时使该成份的铁基合金喷涂粉的耐腐蚀性能达到不锈钢316L的耐腐蚀性。 

通过实施例4可以看出，该粉末冶金零件的硬度非常高，能够适用于对耐磨要求比较高的零件。 

Claims (6)

1.一种铁合金，其特征在于具有优良的耐磨性，合金成份含(重量百分比)

15至45％   铬，

0.04至5.5％硅，

0.5至8％   碳，

0.01至5％  锰，

0.01至8％  钛，

0至15％    镍，

2至12％    硼。

余量为至少10％的铁及特殊的合金加入元素。

2.根据权利要求1的合金，其特征在于进一步加入一定量的合金元素(按重量百分比)：

总重量最多达15％的一种或多种由钼、铜和钴组成中选出的元素。

3.根据权利要求1的合金，其特征在于进一步加入一定量的合金元素(按重量百分比)：

总重量最多达15％的一种或多种由钨和钒组成中选出的元素。

4.根据权利要求1、2、3的合金，其特征在于进一步加入一定量的稀土元素以细化合金晶粒，改善合金的抗冲击性能(按重量百分比)：

总重量最多不超过5％的一种或多种镧、铈、钇等稀土元素。

5.根据权利要求1、2、3、4的合金，其特征在于该合金可以加工成热喷涂合金粉末。

6.根据权利要求1、2、3、4的合金，其特征在于该合金可以加工成粉末冶金零件。

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