CN103305837A - 专用于穿孔顶头表面激光熔覆的镍基金属陶瓷合金粉末 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种专用于穿孔顶头表面激光熔覆的镍基金属陶瓷合金粉末，按重量百分比计，包含10-11%碳化硅，0.2-0.5%碳，4-5%氟化钙，1-3%氮化硅，1.5-1.8%钒，2-4%硅，6-7%铁，17-19%钼，15-16%铬，余量为镍。该镍基金属陶瓷合金粉末专用于穿孔顶头的激光熔覆，提高穿孔顶头表面金属组织致密性，从而在提高穿孔顶头的韧性、强度、耐热性、抗氧化性同时降低了穿孔顶头的制造成本。

Description

专用于穿孔顶头表面激光熔覆的镍基金属陶瓷合金粉末

技术领域

本发明涉及一种合金粉末，特别是指一种专用于穿孔顶头表面激光熔覆的镍基金属陶瓷合金粉末。

背景技术

激光具有高亮度、高方向性、高单色性、高相干性的特点，现在正被越来越多的领域所使用，激光熔覆就是表面处理技术中的一种。概括的说，激光熔覆的原理就是利用高能激光束照射金属材料表面，基材表面被迅速融化，液态的金属形成一个小规模的熔池，同时填注新的粉末材料，在这个熔池中，原本的金属材料与被添加的粉末相互混合，形成一层新的液态金属层。待激光光束经过以后，液态金属层迅速冷却由此在金属表面形成一层固态的熔覆层。穿孔顶头是无缝钢管生产中的关键工具质量的好坏，使用寿命的长短，直接影响钢管生产的产量、质量和企业的经济效益，穿孔顶头对韧性、强度、耐热性、抗氧化性要求较高，因而，目前采用价格高的合金材料制作穿孔顶头。若能利用激光熔覆对穿孔顶头的工作表面进行处理，那么可确保穿孔顶头机械性能的同时降低成本，然目前并未有专用于穿孔顶头激光熔覆的金属粉末，而其他的金属粉末利用到穿孔顶头表面熔覆上时，传热与熔融不均匀，金属粉末与基材之间的融合度差，造成裂纹、缩孔、气孔等缺陷，处理后的穿孔顶头机械性能上也无法满足上述要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种专用于穿孔顶头表面激光熔覆的镍基金属陶瓷合金粉末，该镍基金属陶瓷合金粉末专用于穿孔顶头的激光熔覆，提高穿孔顶头表面金属组织致密性，从而在提高穿孔顶头的韧性、强度、耐热性、抗氧化性的同时降低了穿孔顶头的制造成本。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：专用于穿孔顶头表面激光熔覆的镍基金属陶瓷合金粉末，按重量百分比计，包含10-11%碳化硅，0.2-0.5%碳，4-5%氟化钙，1-3%氮化硅，1.5-1.8%钒，2-4%硅，6-7%铁，17-19%钼，15-16%铬，余量为镍。

其中，专用于穿孔顶头表面激光熔覆的镍基金属陶瓷合金粉末的优选配比为：包含10%碳化硅，0.5%碳，4%氟化钙，3%氮化硅，1.8%钒，4%硅，6%铁，19%钼，15%铬，余量为镍。

本发明中的镍基金属陶瓷合金粉末中各成分的作用如下：

碳化硅（SiC）：属于金属陶瓷粉末，作为强化微粒存在于熔覆层中，能够极大的提高熔覆层硬度及强度，可以降低熔覆层开裂的敏感性。

碳（C）：属于非金属元素，碳含量越高，硬度就越高，耐磨性能就越好，屈服点和抗拉强度升高，但是其韧性、塑性、冲击性和抗腐蚀性能会随着碳含量的增加而降低，因此该金属陶瓷合金粉末中C含量的选择确保穿孔顶头满足耐磨性的同时，尽可能的兼顾韧性和抗腐蚀性。

氟化钙(CaF₂)：作为添加材料，用于减少熔覆层凝固时的内应力，防止凝固后出现热裂纹、缩孔、缩松等缺陷，提高金属内部组织的致密性。

氮化硅(SiN₄)：作为除碳化硅（SiC）之外的第二种陶瓷颗粒存在，在熔覆过程中不熔化，但对激光的热吸收率大，可加速分散热量，并作为低硬度金属元素与超高硬度陶瓷颗粒的缓和，增强抗蠕变性，抗氧化性，提高耐腐蚀性。

钒（V）：具有细晶强化和提高回火抗力和提高材料的淬透性的作用，也能和碳形成碳化物，使其具有一定的耐热性。

硅（Si）：在自熔性粉末中起自造渣及保护作用，可以与进入熔池的氧元素优先形成硅酸盐，覆盖于熔池表面，防止液态金属过渡氧化，提高液态金属的润湿能力。对铁素体有较大的固熔强化作用，硅能细化珠光体组织，但是，过高的Si对钢的焊接性不利。

铁（Fe）：与穿孔顶头基体的材料相同，增加液态金属与基体的亲和性，提高熔覆层冶金结合的强度，使该金属陶瓷合金粉末在与穿孔顶头表面充分均匀融合。

钼（Mo）：作为一种稀土元素添加剂，促进晶粒细化，提高熔覆层的组织均匀性，从而改善熔覆层的磨损性能。

铬（Cr）：具有较强的固溶强化能力，提高熔覆层的强度，能够强烈提高钢的淬透性，并且具有优良的抗氧化性。增加钢的机械性能和耐磨性，可增大钢的淬火度和淬火后的变形能力。同时又可增加钢的硬度、弹性、抗磁力和抗强力，增加钢的耐蚀性和耐热性等。

镍（Ni）：通过增加熔覆层中的残余奥氏体，提高熔覆层的塑性和韧性。通过降低熔覆层的热膨胀系数，减少残余应力，消除应力集中，从而消除裂纹与缩松。

采用了上述技术方案后，本发明的效果是：该镍基金属陶瓷合金粉末专门用于穿孔顶头表面的激光熔覆，可与穿孔顶头基材充分融合，各成分均匀分布于熔覆层中，针对穿孔顶头的工作环境恶劣的情况，采用超高硬度陶瓷颗粒以提高穿孔顶头表面的硬度，另外再选择一些微量元素以提高穿孔顶头韧性、耐热、抗氧化性，强度，从而使穿孔顶头可适应各种恶劣的工作环境，延长使用寿命，降低了穿孔顶头的制造成本。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

将100g碳化硅，2g碳，50g氟化钙，10g氮化硅，15g钒，20g硅，70g铁，170g钼，160g铬，503g镍充分混合，得到100-200目的镍基金属陶瓷合金粉末。

实施例2

将110g碳化硅，3g碳，40g氟化钙，20g氮化硅，16g钒，30g硅，70g铁，180g钼，150g铬，381g镍充分混合，得到100-200目的镍基金属陶瓷合金粉末。

实施例3

将100g碳化硅，5g碳，40g氟化钙，30g氮化硅，18g钒，40g硅，60g铁，190g钼，150g铬，367g镍充分混合，得到100-200目的镍基金属陶瓷合金粉末。

将该实施例3中混合好的金属合金粉末由激光头的喷粉孔均匀喷出，金属陶瓷合金粉末的送粉方向与激光光束同轴，激光的激光波长为1.06μm，输出功率为4000W，运行速度为2m/min，单道宽度为2mm。经过激光熔覆得到的穿孔顶头进行机械检测得到以下数据：（下表中的距离是以熔覆层的最下表面为基平面，基平面以上为正，基平面以下为负）

任何技术人员在本发明披露的技术范围之内，根据本发明的技术方案和发明构思加以等同替换或改变的技术方案都应该落入本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.专用于穿孔顶头表面激光熔覆的镍基金属陶瓷合金粉末，按重量百分比计，包含10-11%碳化硅，0.2-0.5%碳，4-5%氟化钙，1-3%氮化硅，1.5-1.8%钒，2-4%硅，6-7%铁，17-19%钼，15-16%铬，余量为镍。

2.如权利要求1所述的专用于穿孔顶头表面激光熔覆的镍基金属陶瓷合金粉末，其特征在于：包含10%碳化硅，0.5%碳，4%氟化钙，3%氮化硅，1.8%钒，4%硅，6%铁，19%钼，15%铬，余量为镍。