CN102672159A - 一种激光熔覆用合金粉末 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光熔覆用合金粉末。该激光熔覆用合金粉末，包括：0.05％～0.20％的C，1.0％～1.5％Si，0.4％～0.8％的Mn，15.0％～15.8％的Cr，4.0％～4.5％的Ni，余量的Fe和不可避免的杂质；其中，以上各种元素的含量为重量百分比含量。利用本发明的激光熔覆用合金粉末进行熔覆所获得矿用液压支架立柱具有良好的成形性，熔覆之后不容易产生裂纹，而且，表面硬度、使用寿命、熔覆层与金属基体的结合强度、耐盐雾性能这四项的综合性能良好，并且由于Ni含量较低，所以成本低。

Description

一种激光熔覆用合金粉末

技术领域

本发明涉及一种激光熔覆用合金粉末，属于新型表面涂层技术用合金材料。

背景技术

液压支架立柱是矿山开采设备中的关键部件，在国内，对于液压支架立柱通常采用镀铬的方法进行表面处理，从而来防止表面的生锈以及防腐蚀。然而镀铬层的耐磨性较差，一般经过1～1.5年之后，镀铬层就会出现起皮以及脱皮等现象，因此，乳化液就会腐蚀立柱表面，从而会影响到液压支架的使用效果。

公告为CN101875128B的中国专利公开了一种矿用液压支架立柱的激光熔覆方法，其通过特定的激光熔覆工艺条件来熔覆三层冶金材料，从而解决了矿用液压支架立柱表面的耐磨性、防腐蚀性的问题，提高了使用寿命。具体的技术方案是，在对矿用液压支架立柱进行表面处理之后，进行预热，然后在特定的工艺条件下，用熔覆用合金粉末材料依次镀覆底层、中层和面层。其中，底层选用的熔覆用合金粉末材料的重量百分比为0.1％的C、3.2％的Si、0.5％的Mn、10.2％的Cr、8.8％的Ni、0.8％的Nb、0.1％的B、0.5％的P和余量的Fe。

对于上述的激光熔覆用合金粉末，其存在三方面的技术问题。第一方面：由于该激光熔覆用合金粉末中含有P元素，所以容易有裂纹的发生，第二方面：在激光熔覆用合金粉末的成分和配比改变之后，激光熔覆用合金粉末在成型之后的综合性能需要能够得到保证或者有进一步的提升，也就是说，此处的综合性能是指，表面硬度、使用寿命、熔覆层与金属基体的结合强度、耐盐雾性能这四项的综合性能，第三方面：如果能够进一步降低Ni的含量，那么将有助于进一步降低成本。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种激光熔覆用合金粉末，利用本发明的激光熔覆用合金粉末进行熔覆所获得的矿用液压支架立柱具有良好的成形性，熔覆之后不容易产生裂纹，而且，表面硬度、使用寿命、熔覆层与金属基体的结合强度、耐盐雾性能这四项的综合性能良好。并且，由于本发明的激光熔覆用合金粉末的Ni含量较低，所以成本低。

具体地，本发明所提供的技术方案如下：

技术方案1.

一种激光熔覆用合金粉末，包括：

0.05～0.20％的C，

1.0％～1.5％的Si，

0.4％～0.8％的Mn，

15.0％～15.8％的Cr，

4.0％～4.5％的Ni，

余量的Fe和不可避免的杂质；

其中，以上各种元素的含量为重量百分比含量。

技术方案2.

根据技术方案1所述的激光熔覆用合金粉末，其改变之处在于，包括：

0.06％～0.18％的C，

1.1％～1.4％的Si，

0.5％～0.7％的Mn，

15.1％～15.7％的Cr，

4.0％～4.4％的Ni，

余量的Fe和不可避免的杂质。

技术方案3.

根据技术方案2所述的激光熔覆用合金粉末，其改变之处在于，包括：

0.07％～0.16％的C，

1.2％～1.3％的Si，

0.6％～0.7％的Mn，

15.2％～15.6％的Cr，

4.0％～4.3％的Ni，

余量的Fe和不可避免的杂质。

技术方案4.

根据技术方案1～3中任意一项所述的激光熔覆用合金粉末，其改变之处在于，该激光熔覆用合金粉末为粉末状。

技术方案5.

根据技术方案4所述的激光熔覆用合金粉末，其改变之处在于，该激光熔覆用组合物的粒径为44μm～178μm。

技术方案6.

根据技术方案5所述的激光熔覆用组合物，其改变之处在于，该激光熔覆用组合物的粒径为53μm～165μm。

技术方案7.

根据技术方案4～6中任意一项所述的激光熔覆用合金粉末，其改变之处在于，该激光熔覆用合金粉末为水雾化型粉末或者气雾化型粉末。

技术方案8.

根据技术方案1～7中任意一项所述的激光熔覆用合金粉末，其改变之处在于，该激光熔覆用合金粉末还可含有少量的Mo元素。

技术方案9.

根据技术方案1～8中任意一项所述的激光熔覆用组合物，其该改变之处在于，该激光熔覆用合金粉末还可含有少量的Ti元素。

技术方案10.

根据技术方案1～9中任意一项所述的激光熔覆用组合物，其改变之处在于，该激光熔覆用合金粉末还可含有少量的V元素。

技术方案11.

根据技术方案1～10中任意一项所述的激光熔覆用合金粉末，其改变之处在于，该激光熔覆用合金粉末还可含有少量的Nb元素。

技术方案12.

根据权利要求1～11中任意一项所述的激光熔覆用合金粉末，其改变之处在于，该激光熔覆用合金粉末还可含有少量的Cu元素。

根据本发明的技术方案1～4的激光熔覆用合金粉末，其可以用激光器熔覆于矿用液压立柱的表面，所形成的矿用液压立柱不会产生裂纹，并且所形成的矿用液压立柱具有良好的表面硬度、使用寿命、熔覆层与金属基体的结合强度和耐盐雾性能。由于对矿用液压立柱并没有特殊的要求，所以，本发明的激光熔覆用合金粉末也可以激光熔覆于其他金属基体的表面。对于本发明的激光熔覆用合金粉末在熔覆之后，熔覆层硬度能够达到45HRC以上，矿井中使用寿命为5年以上，熔覆层与立柱基体的结合强度能够达到310MPa以上，耐盐雾性能96小时以上无变化。并且，由于本发明的激光熔覆用合金粉末的Ni含量较低，所以成本低。

根据本发明的技术方案5或6的激光熔覆用合金粉末，由于该激光熔覆合金粉末的粉末粒径选择恰当，因此，在激光熔覆过程中有良好的流动性能，即粉末状的激光熔覆合金粉末在漏下的过程中，速度均匀一致。

根据本发明的技术方案7的激光熔覆用合金粉末，其可以选择水雾化型粉末或者气雾化型粉末。

根据本发明的技术方案8～12的激光熔覆用合金粉末，为本领域的技术人员提供了更多的选择方案，也就是说在激光熔覆用组合物中还可以根据需要加入一些其他的功能性元素，例如Mo、Ti、V、Nb、Cu等。

具体实施方式

为了使得本领域的技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，下面进行详细说明。

技术方案1.

一种激光熔覆用合金粉末，包括：

0.05～0.20％的C，

1.0％～1.5％的Si，

0.4％～0.8％的Mn，

15.0％～15.8％的Cr，

4.0％～4.5％的Ni，

余量的Fe和不可避免的杂质；

其中，以上各种元素的含量为重量百分比含量，

首先需要说明的是，本发明的激光熔覆用合金粉末的各种元素的种类以及含量是专门针对于激光熔覆而开发的合金粉末，虽然在现有技术中对各种元素的作用有各种说明，但是本发明的激光熔覆用合金粉末的各种元素和含量配合良好，生产出的具有熔覆层的立柱，不容易产生裂纹，而且，表面硬度、使用寿命、熔覆层与金属基体的结合强度、耐盐雾性能这四项的综合性能良好。只要在本发明的元素种类和配合比例的范围内，就能够得到综合性能好的具有熔覆层的立柱。本发明的激光熔覆用合金粉末不能与简单合金合金粉末比较，因为激光熔覆技术中，激光的加工面积小而能量大，并且时间短，以上的各种合金粉末在熔化之后，融化体中的各种元素均匀分布，并且在成型之后还需要加工去除一部分熔覆层上层的物质，所以为了得到综合性能良好的熔覆层等，发明人经过多次试验以及潜心专研，终于获得了本发明的以上的激光熔覆用合金粉末。

然后，对本发明的技术方案中的各种元素和含量进行说明。

钢中的含碳(C)量增加，钢的强度和耐磨性增强，但是当钢的含碳量超过0.20％时，钢的耐腐蚀性变差，因此用于立柱熔覆的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20％。

硅(Si)在激光熔覆过程中起到良好的脱氧造渣作用，另外，硅能够提高熔覆合金钢的硬度和强度。但是，含硅量超过1.5％时，将显著降低钢的塑性和韧性。在本发明的技术方案中，激光熔覆用合金粉末中的硅含量为1.0～1.5％，能够较好地发挥其上述的各项性能。

锰(Mn)是良好的脱氧剂和脱硫剂。合金粉末中含有一定量的锰，它能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。在本发明的技术方案中，锰的含量为0.4～0.8％，可以起到脱氧和脱硫的作用。

适量(15.0～15.8％)的铬(Cr)能够使立柱用激光熔覆合金钢具有良好的耐腐蚀性能。另外铬能增加钢的淬透性并且有二次硬化的作用，可以提高钢的硬度和耐磨性。

镍(Ni)能够提高立柱用激光熔覆合金钢的耐腐蚀性能和塑韧性。但是镍为较贵重的元素，过多的镍会显著增加合金粉末成本，降低熔覆层的硬度和耐磨性，本发明中，镍的合适含量为4.0～4.5％。

技术方案7

本发明的激光熔覆用合金粉末，优选使用粉末形态。而粉末形态的组合物的生产方法可以有两种，一种是水雾化的生产方法，另一种是气雾化的生产方法。通过这两种方法生产得到的粉末即为水雾化型粉末和气雾化型粉末。本发明对于水雾化的生产方法和气雾化的生产方法并没有特殊的要求，只要使用现有技术中的生产方法即可。

技术方案8～12

在合金粉末中，加入少量的Mo、Ti、V、Nb和Cu等元素，可以提高熔覆合金层的耐腐蚀性能。

下面提供实施例来说明本发明的技术方案。

实施例1

矿用液压支架立柱的激光熔覆

本实施例为新汶矿业集团新巨龙能源有限公司使用的矿用液压支架立柱，直径为300mm。

采用以下方法进行激光熔覆：

(1)将矿用液压支架立柱进行除锈、毛化处理。

(2)装入激光加工机床，该激光加工机床为二氧化碳激光加工机床。

(3)在主轴C的旋转运动及激光头X线性轴的进给运动配合下，在一个工步中送粉与激光熔覆同步进行；激光输出功率7400W，激光扫描线速度为480mm/min，激光束为15*2.5mm宽带矩形光斑；进行扫描熔覆的方式进行熔覆；

采用的激光熔覆用合金粉末，粒径为44～178μm。该合金粉末包含0.05％的C，1.5％的Si，0.4％的Mn，15.8％的Cr，4.0％的Ni，余量的Fe和不可避免的杂质。该激光熔覆用合金粉末的送粉速度为38～40g/min。

(4)进行机械加工。

对于得到的立柱进行试验测试，各项性能指标如下：

(1)无裂纹。

(2)熔覆层硬度能够达到45HRC以上，矿井中使用寿命为5年以上，熔覆层与立柱基体的结合强度能够达到310MPa以上，耐盐雾性能96小时以上无变化。

关于使用寿命，本发明的熔覆有熔覆层的立柱已经在新汶矿业集团新巨龙能源有限公司的推广使用，效果良好，目前已在采面使用4年，没有出现任何质量问题。

关于熔覆层与立柱基体的结合强度之所以能够达到310MPa以上，是因为，在激光熔覆过程中，不仅激光熔覆用合金粉末熔化，而且作为立柱基体的钢铁也熔化，因此激光熔覆用合金粉末与立柱基体已经形成一体，所以它们之间的结合强度非常高。

关于耐盐雾性能试验，采用的是中国国家标准GB/T10125-1997，试验所用的药品为氯化钠的水溶液，浓度为50g/L±5g/L，PH为6.5～7.2，温度为35℃±2℃。

由于本实施例中的Ni含量不高，所以成本较低。

实施例2

矿用液压支架立柱的激光熔覆

本实施例为新汶矿业集团新巨龙能源有限公司使用的矿用液压支架立柱，直径为400mm。

采用以下方法进行激光熔覆：

(1)将矿用液压支架立柱进行除锈、毛化处理。

(2)装入激光加工机床，该激光加工机床为二氧化碳激光加工机床。

(3)在主轴C的旋转运动及激光头X线性轴的进给运动配合下，在一个工步中送粉与激光熔覆同步进行；激光输出功率7200W，激光扫描线速度为720mm/min，激光束为15*2.5mm宽带矩形光斑；进行扫描熔覆的方式进行熔覆；

采用的激光熔覆用合金粉末，粒径为53～165μm。该合金粉末包含0.15％的C，1.0％的Si，0.8％的Mn，15.0％的Cr，4.5％的Ni，余量的Fe和不可避免的杂质。该激光熔覆用合金粉末的送粉速度为38～40g/min。

(4)进行机械加工。

对于得到的立柱进行试验测试，各项性能指标如下：

(1)无裂纹。

(2)熔覆层硬度能够达到45HRC以上，矿井中使用寿命为5年以上，熔覆层与立柱基体的结合强度能够达到310MPa以上，耐盐雾性能96小时以上无变化。

实施例3

矿用液压支架立柱的激光熔覆

本实施例为新汶矿业集团新巨龙能源有限公司使用的矿用液压支架立柱，直径为300mm。

采用以下方法进行激光熔覆：

(1)将矿用液压支架立柱进行除锈、毛化处理。

(2)装入激光加工机床，该激光加工机床为二氧化碳激光加工机床。

(3)在主轴C的旋转运动及激光头X线性轴的进给运动配合下，在一个工步中送粉与激光熔覆同步进行；激光输出功率7200W，激光扫描线速度为560mm/min，激光束为15*2.5mm宽带矩形光斑；进行扫描熔覆的方式进行熔覆；

采用的激光熔覆用合金粉末，粒径为53～178μm。该合金粉末包含0.1％的C，1.4％的Si，0.5％的Mn，15.7％的Cr，4.0％的Ni，余量的Fe和不可避免的杂质。该激光熔覆用合金粉末的送粉速度为38～40g/min。

(4)进行机械加工。

对于得到的立柱进行试验测试，各项性能指标如下：

(1)无裂纹。

(2)熔覆层硬度能够达到45HRC以上，矿井中使用寿命为5年以上，熔覆层与立柱基体的结合强度能够达到310MPa以上，耐盐雾性能96小时以上无变化。

实施例4

矿用液压支架立柱的激光熔覆

本实施例为新汶矿业集团新巨龙能源有限公司使用的矿用液压支架立柱，直径为300mm。

采用以下方法进行激光熔覆：

(1)将矿用液压支架立柱进行除锈、毛化处理。

(2)装入激光加工机床，该激光加工机床为二氧化碳激光加工机床。

(3)在主轴C的旋转运动及激光头X线性轴的进给运动配合下，在一个工步中送粉与激光熔覆同步进行；激光输出功率7300W，激光扫描线速度为680mm/min，激光束为15*2.5mm宽带矩形光斑；进行扫描熔覆的方式进行熔覆；

采用的激光熔覆用合金粉末，粒径为63～165μm。该合金粉末包含0.14％的C，1.1％的Si，0.7％的Mn，15.1％的Cr，4.4％的Ni，余量的Fe和不可避免的杂质。该激光熔覆用合金粉末的送粉速度为38～40g/min。

(4)进行机械加工。

对于得到的立柱进行试验测试，各项性能指标如下：

(1)无裂纹。

(2)熔覆层硬度能够达到45HRC以上，矿井中使用寿命为5年以上，熔覆层与立柱基体的结合强度能够达到310MPa以上，耐盐雾性能96小时以上无变化。

实施例5

矿用液压支架立柱的激光熔覆

本实施例为新汶矿业集团新巨龙能源有限公司使用的矿用液压支架立柱，直径为300mm。

采用以下方法进行激光熔覆：

(1)将矿用液压支架立柱进行除锈、毛化处理。

(2)装入激光加工机床，该激光加工机床为二氧化碳激光加工机床。

(3)在主轴C的旋转运动及激光头X线性轴的进给运动配合下，在一个工步中送粉与激光熔覆同步进行；激光输出功率7300W，激光扫描线速度为680mm/min，激光束为15*2.5mm宽带矩形光斑；进行扫描熔覆的方式进行熔覆；

采用的激光熔覆用合金粉末，粒径为53～165μm。该合金粉末包含0.13％的C，1.2％的Si，0.7％的Mn，15.2％的Cr，4.3％的Ni，余量的Fe和不可避免的杂质。该激光熔覆用合金粉末的送粉速度为38～40g/min。

(4)进行机械加工。

对于得到的立柱进行试验测试，各项性能指标如下：

(1)无裂纹。

(2)熔覆层硬度能够达到45HRC以上，矿井中使用寿命为5年以上，熔覆层与立柱基体的结合强度能够达到310MPa以上，耐盐雾性能96小时以上无变化。

实施例6

矿用液压支架立柱的激光熔覆

本实施例为新汶矿业集团新巨龙能源有限公司使用的矿用液压支架立柱，直径为300mm。

采用以下方法进行激光熔覆：

(1)将矿用液压支架立柱进行除锈、毛化处理。

(2)装入激光加工机床，该激光加工机床为二氧化碳激光加工机床。

(3)在主轴C的旋转运动及激光头X线性轴的进给运动配合下，在一个工步中送粉与激光熔覆同步进行；激光输出功率7300W，激光扫描线速度为680mm/min，激光束为15*2.5mm宽带矩形光斑；进行扫描熔覆的方式进行熔覆；

采用的激光熔覆用合金粉末，粒径为53～150μm。该合金粉末包含0.08％的C，1.3％的Si，0.6％的Mn，15.6％的Cr，4.0％的Ni，余量的Fe和不可避免的杂质。该激光熔覆用合金粉末的送粉速度为38～40g/min。

(4)进行机械加工。

对于得到的立柱进行试验测试，各项性能指标如下：

(1)无裂纹。

(2)熔覆层硬度能够达到45HRC以上，矿井中使用寿命为5年以上，熔覆层与立柱基体的结合强度能够达到310MPa以上，耐盐雾性能96小时以上无变化。

Claims (12)

1.一种激光熔覆用合金粉末，包括：

0.05～0.20％的C，

1.0％～1.5％的Si，

0.4％～0.8％的Mn，

15.0％～15.8％的Cr，

4.0％～4.5％的Ni，

余量的Fe和不可避免的杂质；

其中，以上各种元素的含量为重量百分比含量。

2.根据权利要求1所述的激光熔覆用合金粉末，其特征在于，包括：

0.06％～0.18％的C，

1.1％～1.4％的Si，

0.5％～0.7％的Mn，

15.1％～15.7％的Cr，

4.0％～4.4％的Ni，

余量的Fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求2所述的激光熔覆用合金粉末，其特征在于，包括：

0.07％～0.16％的C，

1.2％～1.3％的Si，

0.6％～0.7％的Mn，

15.2％～15.6％的Cr，

4.0％～4.3％的Ni，

余量的Fe和不可避免的杂质。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的激光熔覆用合金粉末，其特征在于，该激光熔覆用合金粉末为粉末状。

5.根据权利要求4所述的激光熔覆用合金粉末，其特征在于，该激光熔覆用合金粉末的粒径为44μm～178μm。

6.根据权利要求5所述的激光熔覆用合金粉末，其特征在于，该激光熔 覆用合金粉末的粒径为53μm～165μm。

7.根据权利要求4～6中任意一项所述的激光熔覆用合金粉末，其特征在于，该激光熔覆用合金粉末为水雾化型粉末或者气雾化型粉末。

8.根据权利要求1～7中任意一项所述的激光熔覆用合金粉末，其特征在于，该激光熔覆用合金粉末还可含有少量的Mo元素。

9.根据权利要求1～8中任意一项所述的激光熔覆用合金粉末，其特征在于，该激光熔覆用合金粉末还可含有少量的Ti元素。

10.根据权利要求1～9中任意一项所述的激光熔覆用合金粉末，其特征在于，该激光熔覆用合金粉末还可含有少量的V元素。

11.根据权利要求1～10中任意一项所述的激光熔覆用合金粉末，其特征在于，该激光熔覆用合金粉末还可含有少量的Nb元素。

12.根据权利要求1～11中任意一项所述的激光熔覆用合金粉末，其特征在于，该激光熔覆用合金粉末还可含有少量的Cu元素。