CN103212713B - 热等静压粉固连接法制备不锈钢表面耐磨层的方法 - Google Patents

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Abstract

一种热等静压粉固连接法制备不锈钢表面耐磨层的方法，属于扩散连接技术领域。工艺步骤及控制的技术参数为：制备Ni60合金粉末，采用三维混料机，混粉时间为3～8小时，制备Ni60+10%TiB2合金粉末，制备NiCr/Cr2C3合金粉末，采用三维混料机，混粉时间为3～8小时，制备Ni60合金粉末与NiCr/Cr2C3各50%的混合粉末；基体材料为0Cr18Ni10Ti，状态为锻造态；采用热等静压粉-固扩散连接，制备单面或双面耐磨层；优点在于，可以代替堆焊，耐磨层性能均匀、界面结合强度好。通过本发明制备的耐磨层界面实现冶金结合，界面结合强度可达420MPa，硬度可达60HRC及以上。

Description

热等静压粉固连接法制备不锈钢表面耐磨层的方法
技术领域
本发明属于扩散连接技术领域，特别涉及一种热等静压粉固连接法制备不锈钢表面耐磨层的方法。
背景技术
不锈钢具有良好的耐蚀性、强度及塑性，然而在恶劣环境及复杂工况下，从性能及成本考虑，单一材料已经无法满足要求。如电力领域主泵转子用推力盘，要求零部件有较长的使用寿命如50～60年；此外如矿山机械用挖掘机、破碎机；轧钢领域用轧辊等，都要求材料不但具有良好的强度及塑性，还要具有良好的耐磨性。采用双金属材料能够达到性能及成本的良好结合。双金属材料的制备方法有堆焊、激光熔覆、喷涂、热等静压等。然而由于堆焊工艺本身的缺点，堆焊基体熔化，堆焊层稀释率高，需要堆焊很厚才有可能保证焊层的性能，而且零件轮廓棱角难以保证，常见咬边、棱角塌陷。尤其对于大尺寸零部件，堆焊工艺难以保证表面耐磨层的厚度均匀性及质量稳定性。激光熔覆方法制备的覆层易出现开裂现象，这是激光熔覆研究中存在的最棘手的问题，熔覆层中不可避免地产生夹杂及疏松；覆层易产生较严重的微观偏析和较大的显微应力。喷涂制备的涂层与基体的结合以物理结合和机械啮合为主，冶金结合较少，不能承受交变载荷和冲击，表面涂层不致密，比较容易形成气孔，微裂纹及氧化物夹杂。
热等静压(hot isostatic pressing，简称HIP)是指在密封容器中，以高温高压的惰性气体或氮气为传压介质，对其中的粉末或待压实的烧结坯料(或零件)施加各向均等静压力，从而形成高致密度坯料(或零件)的方法。热等静压在制备双金属材料方面可进行固-固、粉-固连接，界面能实现良好的冶金结合。界面结合强度高，耐磨层性性能均匀，硬度高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热等静压粉固连接法制备不锈钢表面耐磨层的方法，解决了传统在不锈钢表面制备耐磨层界面结合强度较差、耐磨层材料性能不均匀、硬度不高等问题。制备的耐磨层性能均匀，并且耐磨层与基材结合强度高，耐磨层硬度可达60HRC及以上。
本发明采用热等静压扩散焊粉-固连接制备耐磨层，具体的工艺步骤及控制的技术参数为：
（1）采用公知方法制备Ni60合金粉末，Ni60合金粉末的化学成分为：碳0.72%～0.94%，硼3.29%～4.1%，硅3.83%～4.65%，铬16.32%～18.4%，铁3.3%～14.3%，余量为镍；粉末粒度为45～109μm；采用三维混料机，混粉时间为3～8小时，制备Ni60+10%TiB2合金粉末，TiB2主要化学成分为：硼28%～30.8%，氧0.1～0.4%，碳0.1～0.15%，铁0.2～0.45%，余量为钛；采用公知方法制备NiCr/Cr2C3合金粉末，NiCr/Cr2C3合金主要化学成分为：碳8.25%～9.64%，硅0.25%～0.37%，铬58.5%～67.38%，铁0.70%～0.80%，余量为镍，粉末粒度为25～45μm；采用三维混料机，混粉时间为3～8小时，制备Ni60合金粉末与NiCr/Cr2C3各50%的混合粉末。均为重量百分数。
（2）基体材料为0Cr18Ni10Ti，0Cr18Ni10Ti主要化学成分为:碳0.039%～0.076%，硅0.58%～0.587%，锰0.98%～1.66%，磷≤0.035%，硫0.02%，铬16.8%～18.75%，镍10.16%～10.21%，钴0.05%～0.059%，钛0.35%～0.40%，余量为铁，供货状态为锻造态。
（3）采用热等静压粉-固扩散连接，将步骤（2）的基体材料及步骤（1）的混合粉末装填于包套内，可以制备单面或双面耐磨层。包套采用公知方法封焊、脱气。
（4）热等静压工艺为温度850～1300℃，压力100～120MPa，保温时间1.5～2.5小时。制备的耐磨层与基体实现良好的冶金结合，其抗拉强度可达400MPa及以上，耐磨层的厚度范围为0.5～20mm。
本发明的优点在于：
采用热等静压粉固连接法制备不锈钢表面耐磨层性能均匀，界面结合强度高，耐磨层硬度可达60HRC及以上。
附图说明
图1为界面结合情况。
具体实施方式
实施例1：本实施例的热等静压粉固连接法制备不锈钢表面耐磨层的方法按以下步骤进行：
1、采用公知方法制备Ni60合金粉末，主要元素化学成分为碳0.72%，硼3.29%，硅3.83%，铬16.32%，铁3.3%，余量为镍，粉末粒度为45～109μm。
2、基体材料为0Cr18Ni10Ti，主要元素化学成分为碳0.039%，硅0.58%，锰0.98%，磷≤0.035%，硫0.02%，铬16.8%，镍10.16%，钴0.05%，钛0.35%，余量为铁；供货状态为锻造态。
3、采用公知方法制备包套，将基材及粉末放入包套，采用公知方法封焊、脱气。
4、热等静压工艺为温度850℃，压力100MPa，保温时间2小时。
实施例2：与实施例1不同的是步骤1：采用公知方法制备Ni60合金粉末，主要元素化学成分为碳0.94%，硼4.1%，硅4.65%，铬18.4%，铁14.3%，余量为镍，粉末粒度为45～109μm。
2、基体材料为0Cr18Ni10Ti，主要元素化学成分为碳0.039%，硅0.58%，锰0.98%，磷≤0.035%，硫0.02%，铬16.8%，镍10.16%，钴0.05%，钛0.35%，余量为铁，供货状态为锻造态。
3、采用公知方法制备包套，将基材及粉末放入包套，采用公知方法封焊、脱气。
4、热等静压工艺为温度920℃，压力110MPa，保温时间1.5小时。
实施例3：与具体实施例一不同的是步骤一：采用公知方法制备Ni60合金粉末，主要元素化学成分为碳0.81%，硼3.56%，硅4.10%，铬17.23%，铁7.8%，余量为镍，粉末粒度为45～109μm；。
2、基体材料为0Cr18Ni10Ti，主要元素化学成分为碳0.039%，硅0.58%，锰0.98%，磷≤0.035%，硫0.02%，铬16.8%，镍10.16%，钴0.05%，钛0.35%，余量为铁，供货状态为锻造态。
3、采用公知方法制备包套，将基材及粉末放入包套，采用公知方法封焊、脱气。
4、热等静压工艺为温度950℃，压力120MPa，保温时间1.8小时。
实施例4：与具体实施例一不同的是步骤一：采用公知方法制备Ni60合金粉末，粉末主要化学成分为碳0.81%，硼3.56%，硅4.10%，铬17.23%，铁7.8%，余量为镍，粉末粒度为45～109μm；应用三维混料机将10%TiB2混入其中，TiB2主要元素化学成分为硼30.8%，氧0.4%，碳0.15%，铁0.45%，余量为钛，粒度为5～10μm。
2、基体材料为0Cr18Ni10Ti，主要元素化学成分为碳0.076%，硅0.587%，锰1.66%，磷≤0.035%，硫0.02%，铬18.75%，镍10.21%，钴0.059%，钛0.4%，余量为铁；供货状态为锻造态。
3、采用公知方法制备包套，将基材及粉末放入包套，采用公知方法封焊、脱气。
4、热等静压工艺为温度950℃，压力120MPa，保温时间2.2小时。
实施例5：与具体实施例一不同的是步骤一：采用公知方法制备NiCr/Cr2C3合金粉末，主要化学成分为碳9.64%，硅0.37%，铁0.80%，铬67.38%，粉末粒度为25～45μm；
2、基体材料为0Cr18Ni10Ti，主要元素化学成分为碳0.052%，硅0.585%，锰1.50%，磷≤0.035%，硫0.02%，铬17.2%，镍10.19%，钴0.052%，钛0.38%，余量为铁，供货状态为锻造态。
3、采用公知方法制备包套，将基材及粉末放入包套，采用公知方法封焊、脱气。
4、热等静压工艺为温度1300℃，压力120MPa，保温时间2.5小时。
实施例6：与具体实施例一不同的是步骤一：采用公知方法制备NiCr/Cr2C3合金粉末，粉末主要化学成分为碳9.64%，硅0.37%，铁0.80%，铬67.38%，余量为镍，粉末粒度为25～45μm；将具体实施例一中50%Ni60合金粉末与50%NiCr/Cr2C3粉末采用三维混料机混合均匀，混料时间为5小时。
2、基体材料为0Cr18Ni10Ti，主要元素化学成分为碳0.052%，硅0.581%，锰1.26%，磷≤0.035%，硫0.02%，铬17.3%，镍10.20%，钴0.056%，钛0.38%，余量为铁，供货状态为锻造态。
3、采用公知方法制备包套，将基材及粉末放入包套，采用公知方法封焊、脱气。
4、热等静压工艺为温度920℃，压力120MPa，保温时间2.3小时。

Claims (1)

1.一种热等静压粉固连接法制备不锈钢表面耐磨层的方法,其特征在于,工艺步骤及控制的技术参数为：
(1)制备Ni60合金粉末，粉末粒度为45～109μm；采用三维混料机，混粉时间为3～8小时，制备Ni60+10％TiB2合金粉末，制备NiCr/Cr2C3合金粉末，粉末粒度为25～45μm；采用三维混料机，混粉时间为3～8小时，制备Ni60合金粉末与NiCr/Cr2C3各50％的混合粉末；
(2)基体材料为0Cr18Ni10Ti，状态为锻造态；
(3)采用热等静压粉-固扩散连接，将步骤(2)的基体材料及步骤(1)的混合粉末装填于包套内，制备单面或双面耐磨层；
热等静压工艺为温度850～1300℃，压力100～120MPa，保温时间1.5～2.5小时；所制备的耐磨层与基体实现冶金结合，其抗拉强度可达400MPa及以上，耐磨层的厚度范围可达0.5～20mm；
所述的Ni60合金粉末的化学成分为：碳0.72％～0.94％，硼3.29％～4.1％，硅3.83％～4.65％，铬16.32％～18.4％，铁3.3％～14.3％，余量为镍；TiB2化学成分为：硼28％～30.8％，氧0.1～0.4％，碳0.1～0.15％，铁0.2～0.45％，余量为钛；NiCr/Cr2C3合金化学成分为：碳8.25％～9.64％，硅0.25％～0.37％，铬58.5％～67.38％，铁0.70％～0.80％，余量为镍，均为重量百分数；
基体材料的化学成分为:碳0.039％～0.076％，硅0.58％～0.587％，锰0.98％～1.66％，磷≤0.035％，硫0.02％，铬16.8％～18.75％，镍10.16％～10.21％，钴0.05％～0.059％，钛0.35％～0.40％，余量为铁；
所述的包套采用封焊、脱气。
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