CN103128463B - 一种耐磨耐蚀铁基非晶堆焊焊条及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐磨耐蚀铁基非晶堆焊焊条及其制备方法，该焊条的焊芯为直径2～5mm的Fe₄₁Co₇Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂(原子百分数)铁基非晶合金，药皮由以下组分按质量比组成：大理石40～48%、萤石20～30%、钛白粉2～5%、纯碱0～2%、中碳锰铁3～8%、钛铁8～15%、45硅铁2～5%、石英3～10%。其制备方法包括：将焊芯打磨校直；将药皮各组分粉料过筛干混均匀后，加入药粉质量16～20%的粘结剂混合均匀，送入压涂机内将药皮裹覆于焊芯上，然后进行60～150℃低温烘干，350～380℃高温烘干。该铁基非晶堆焊焊条具有良好的焊接工艺性，堆焊层成型良好，具有优良的耐磨性和耐腐蚀性能。

Description

一种耐磨耐蚀铁基非晶堆焊焊条及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种具有耐磨耐蚀性能的铁基非晶堆焊焊条及其制备方法，属于焊接材料领域。

背景技术

铁基非晶合金优良的耐磨耐腐蚀性能，使其在军工、航空及石化等领域广泛应用。在传统的表面工程领域，非晶合金涂层多采用化学镀、电镀、喷涂等技术，获得的涂层在致密度、结合强度、涂层厚度、孔隙等方面有所不足；堆焊技术具有操作简便、熔敷面积大、效率高、表面质量优良等优点，利用具有较高非晶形成能力和热稳定性的非晶合金，不仅可获得具有优良综合性能的非晶/纳米晶复合涂层，而且设备简单，使用方便可靠，特别适用于零部件修复等再制造领域及石油管道、化工容器和机械装备等需要耐磨损、耐腐蚀要求的制造行业中，满足其耐磨损、抗疲劳、耐腐蚀等性能需要。铁基非晶合金耐磨耐蚀的性能优势与堆焊技术的结合在制造和绿色再制造行业中有重要意义，制备电弧稳定性好、飞溅小、易脱渣、堆焊成型性及质量优良的非晶堆焊焊条则尤为必要。

铁基非晶合金Fe₄₁Co₇Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂非晶形成能力高（ΔT=38K，T_rg=0.60），块体非晶合金强度达3500MPa，硬度达1253HV，最大临界尺寸可达16mm，其获得非晶/纳米晶复合涂层的硬度可达960HV_0.2，耐腐蚀性能比不锈钢更优。通过合理的药皮配方设计保证焊条优良的焊接工艺性，优化堆焊工艺获得具有优良耐磨和耐腐蚀性能的铁基非晶/纳米晶复合堆焊层，从而提高材料的耐磨耐蚀性能，延长零部件的使用寿命，降低成本和能源消耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐磨耐蚀铁基非晶堆焊焊条，该铁基非晶堆焊焊条采用合理的焊芯成分和药皮配方设计，保证其良好的堆焊工艺性，可由此获得具有优良耐磨耐蚀性能的非晶/纳米晶复合堆焊层。

本发明的另一目的还在于提供该铁基非晶堆焊焊条的制备方法，该方法原理可靠，操作简便，用该方法制备的铁基非晶堆焊焊条具有良好的焊接工艺性，堆焊层成型良好，无气孔和裂纹等缺陷产生。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

一种耐磨耐蚀铁基非晶堆焊焊条，其焊芯为直径2～5mm的Fe₄₁Co₇Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂(原子百分数)铁基非晶合金，其药皮采用低氢钠型，药皮质量系数K_b=0.6，所述药皮由以下组分按质量比组成：大理石40～48%、萤石20～30%、钛白粉2～5%、纯碱0～2%、中碳锰铁3～8%、钛铁8～15%、45硅铁2～5%、石英3～10%。

一种耐磨耐蚀铁基非晶堆焊焊条的制备方法，依次包括以下步骤：

1）将直径2～5mm的Fe₄₁Co₇Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂(原子百分数)铁基非晶合金作为焊芯，打磨校直；

2）将所述药皮各组分粉料过筛干混均匀后，加入药粉质量16～20%的粘结剂混合均匀，所述粘结剂钠水玻璃的波美度为42.5，送入压涂机内将药皮裹覆于焊芯上，然后进行60～150℃低温烘干，350～380℃高温烘干。

焊条制成后，制定合理的堆焊工艺参数，在Q235钢表面进行堆焊试验，观察所述焊条的焊接工艺性能，堆焊层的成型、表面质量及是否有气孔裂纹等缺陷。

本发明利用铁基非晶合金具有较高的玻璃形成能力和热稳定性，将直径为2～5mm的合金棒丝作为焊芯，再加上独特的药皮配方设计。与现有技术相比，本发明的优点在于：用该方法制备的铁基非晶堆焊焊条具有良好的焊接工艺性，易引弧、电弧稳定性好、飞溅小、易脱渣，堆焊层成型良好，无气孔和裂纹等缺陷产生，具有优良的耐磨性和耐腐蚀性能。

附图说明

图1为本发明铁基非晶焊条与H08A焊条堆焊层的极化曲线对比图

具体实施方式

一、本发明铁基非晶焊条的制备

实施例1

取直径为4.0mm的铁基非晶Fe₄₁Co₇Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂(原子百分数)作为焊芯，药皮成分为：大理石440g；萤石240g；钛白粉20g；纯碱10g；中碳锰铁40g；钛铁130g；45硅铁25g；石英70g；混合均匀后，加入160g波美度为42.5的钠水玻璃搅拌均匀，然后送入压条机内将其包裹于焊芯上，然后分别进行50℃、1h预烘干，80℃、2.5h低温烘干，350～380℃、2.5h高温烘干，自然随炉冷却即制得堆焊焊条若干。

二、本发明铁基非晶焊条的性能测试

制定合理的堆焊工艺参数，将实施例1制备的焊条在Q235钢表面上进行堆焊试验。焊条在堆焊过程中的电弧稳定性好、飞溅小、易脱渣；堆焊层成型良好，无气孔和裂纹等缺陷产生。XRD测试表明堆焊层为非晶/纳米晶复合涂层，对堆焊层进行耐磨性和耐蚀性测试，并与相同堆焊工艺下H08A焊芯获得的堆焊层性能作为对比。

1、涂层的耐磨性

利用M-2000型磨损试验机、标准对磨环（F=200g，T=15S，HV=759.27）对铁基非晶/纳米晶复合涂层和H08A堆焊层进行磨损实验。铁基非晶/纳米晶复合涂层4h的平均磨损厚度为0.01mm，摩擦功为26172J；H08A堆焊层1h的平均磨损厚度为0.49mm，摩擦功为7027J。说明该铁基非晶/纳米晶复合涂层具有优异的耐磨性。

2、涂层的耐腐蚀性能

利用PGSTAT302N电化学综合测试系统测定铁基非晶/纳米晶复合涂层的耐晶间腐蚀性能，其腐蚀速率为5.76g/(m².h)，H08A堆焊层腐蚀速率为9.50g/(m².h)。说明该铁基非晶/纳米晶复合涂层具有优良的耐晶间腐蚀性能。

利用PGSTAT302N电化学综合测试系统对两种堆焊层表面进行极化曲线测试，腐蚀介质为5%的NaCl溶液，自腐蚀电位上下200mv，测试速率为50mv/min。图1为极化曲线测试结果，表明本发明非晶焊条获得的堆焊有良好的耐腐蚀性能。

Claims (2)

1.一种耐磨耐蚀铁基非晶堆焊焊条，其特征在于，其焊芯为Fe₄₁Co₇Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂铁基非晶合金，直径2～5mm，其药皮采用低氢钠型，药皮质量系数K_b＝0.6，所述药皮成分为：大理石440g，萤石240g，钛白粉20g，纯碱10g，中碳锰铁40g，钛铁130g，45硅铁25g，石英70g。

2.如权利要求书1所述的铁基非晶堆焊焊条的制备方法，依次包括以下步骤：

1)将直径2～5mm的Fe₄₁Co₇Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂铁基非晶合金作为焊芯，打磨校直；

2)将所述药皮各组分粉料过筛干混均匀后，加入药粉质量16～20％的粘结剂混合均匀，所述粘结剂钠水玻璃的波美度为42.5，送入压涂机内将药皮裹覆于焊芯上，然后进行60～150℃低温烘干，350～380℃高温烘干。