CN103397292A

CN103397292A - 一种添加稀土提高铁基合金粉末喷焊涂层耐蚀性的方法

Info

Publication number: CN103397292A
Application number: CN2013103113596A
Authority: CN
Inventors: 时海芳; 刘冲; 任鑫; 石荟琦; 张勇; 王仲奇; 綦秀玲; 周嵩然
Original assignee: Liaoning Technical University; Tiandi Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Liaoning Technical University; Tiandi Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2013-07-23
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2013-11-20

Abstract

一种添加稀土提高铁基合金粉末喷焊涂层耐蚀性的方法，属于材料技术领域。该方法的步骤为：（1）将质量百分比为99.6%的铁基自溶性合金粉末和0.4%的稀土硅铁粉末，或者质量百分比为98.5%铁基自溶性合金粉末和1.5%的稀土氧化物粉末，机械搅拌混合均匀，所在50~60℃条件下烘干0.5~1h，再升温至150~200℃条件下保温1~2h；（2）将基材经表面喷砂处理后，采用氧-乙炔火焰喷枪，喷焊上述处理后的铁基粉末，形成喷焊层。本发明所设计的含有稀土铁基合金喷焊工艺制备的喷焊涂层耐蚀性高，具有很强的抗磨粒磨损性能，适用于阀门、阀座、泵、转子、活塞、拉杆、齿轮等零件的防磨、防腐及修复。

Description

一种添加稀土提高铁基合金粉末喷焊涂层耐蚀性的方法

技术领域

本发明属于喷涂技术领域，特别涉及一种添加稀土提高铁基合金粉末喷焊涂层耐蚀性的方法。

背景技术

铁基合金粉末具有优异的耐磨性、耐压性和韧性较好，易于加工耐腐蚀性能，是粉末冶金工业中的重要材料，在提高零件表面修复和抗磨粒磨损性能方面受到日益广泛的重视，广泛应用于矿山机械、农业机械、能源、交通、电力和建材等行业，这些行业的机械零件失效、报废70％以上是由磨损和腐蚀造成的，因而对抗腐蚀的研究工作越来越引起人们的重视。稀土元素的化学性质活泼，原子半径大，电负性低，其在摩擦表面的固溶度很低，但在晶界处的吸附能力很强，在工作表面形成富集，会显著改善合金性能。

稀土在热喷涂材料中应用研究始于90年代初，主要的研究工作都集中在稀土对喷涂焊层的显微组织耐磨性的影响上。目前国内对于稀土提高材料耐蚀性的专利主要集中在稀土永磁材料耐蚀性、轻金属及其复合材料表面耐蚀性（CN1752287）以及高耐蚀性的稀土耐热镁合金（CN102304656A）等，对于其对铁基合金喷焊层的耐蚀性能影响的研究较少，关于这方面的专利目前还未见报道。

发明内容

针对上述问题，本发明为了进一步提高铁基合金粉末喷焊层的耐蚀性能，一种添加稀土提高铁基合金粉末喷焊涂层耐蚀性的方法。

本发明一种添加稀土提高铁基合金粉末喷焊涂层耐蚀性的方法，按照以下步骤进行：

（1）将质量百分比为99.6%的铁基自溶性合金粉末和0.4%的稀土硅铁粉末，或者质量百分比为98.5%铁基自溶性合金粉末和1.5%的稀土氧化物粉末，机械搅拌混合均匀，所述粉末的粒度为150~300目；然后在50~60℃条件下烘干0.5~1h，再升温至150~200℃条件下保温1~2h；

（2）将基材经表面喷砂处理后，采用氧-乙炔火焰喷枪，喷焊上述处理后的铁基粉末，形成喷焊层；主要喷焊工艺参数为氧气压力0.45MPa，乙炔压力0.07MPa，预热温度200～300℃，采用两步法，喷粉距离150～200 mm，重熔距离20～30 mm，涂层厚1~1.5 mm。

所述铁基自溶性合金粉末的化学成分按质量百分比为： Cr16~18%， Ni11~12% ， Si2.5~3.5%， B2~2.5%，C＜0.3%，余量为铁。

所述稀土硅铁粉末的化学成分按质量百分比为稀土合金含量30~35%，Si含量35~40%，Fe含量15~30%，Mn含量5%。

所述稀土氧化物为氧化镧与氧化铈的混合物，按质量百分比氧化镧含量为20~35%，氧化铈为65~80%。

本发明的工艺从提高铁基合金喷焊层的耐蚀性入手，兼顾综合性能考虑，合金的组织特征是以硬度较高的铬的碳硼化合物和硅的碳化物为主要硬质强化相，极大提高了合金的耐磨性；合金中加入活化剂和孕育剂，改善了硬质增强相与基体的结合能力，减少裂纹的产生，同时提高了耐磨层与工件表面的结合强度，明显提高了合金的抗冲击能力。

1、加稀土后铁基喷焊层的晶粒发生了明显的细化。喷焊时稀土生成的稀土夹杂物起，非自发核心作用，有利于细小等轴晶生成。由于稀土为活性物质，降低了表面能，减少了晶粒长大的驱动力，细化了晶粒。

2、加稀土后铁基喷焊层的耐蚀性显著提高。在喷焊层结晶时，加入适量的稀土可以促进金属表面钝化膜的形成，净化了喷焊层表面，并能减少异质相的存在，使喷焊试样表面的活性点减少或消失，表面电位达到均匀一致，从而提高了耐蚀性。

3、本发明中稀土的存在改变了金属化合物的分布和形态。稀土使金属化合物在整个喷焊层的分布更加趋于均匀，甚至使它从未加稀土时以表层分布为多变成以内层分布为多。加入稀土后，金属化合物以细小块状弥散地分布在固溶体晶粒间。一方面有利于提高涂层的耐磨性，另一方面减缓喷焊涂层的应力，降低裂纹的产生。

本发明所设计的含有稀土的铁基合金喷焊工艺适用于石油化工阀门、阀座、泵、转子、活塞、拉杆、齿轮等零件的防磨、防腐及修复。喷焊涂层耐蚀性高，具有很强的抗磨粒磨损性能，应用范围十分广泛。

说明书附图

图1为添加稀土硅铁对铁基合金粉末喷焊层磨损量的影响；

图2添加稀土硅铁对铁基合金粉末喷焊层耐蚀性的影响(a) 未添加稀土，(b) 添加稀土；

图3添加稀土氧化物对铁基合金粉末喷焊层磨损量的影响；

图4添加稀土氧化物对铁基合金粉末喷焊层耐蚀性的影响(a) 未添加稀土，(b) 添加稀土。

具体实施方式

本发明实施例中采用的铁基合金粉末、稀土硅铁和稀土氧化物均为工业级产品，本发明采用的氧-乙炔火焰喷枪为QSH-4型氧-乙炔火焰喷枪。

本发明的磨损实验研究在ML—100磨料磨损试验机上进行，试样面积为1cm²，选择180目的砂纸，载荷10N，磨损时间为3min，以其磨损前后失重评价其耐磨性。

本发明腐蚀实验研究采用Par2273电化学工作站进行塔菲尔极化曲线测量，介质为3.5mass%NaCl，参比电极为饱和甘汞电极。

实施例1

一种添加稀土提高铁基合金粉末喷焊涂层耐蚀性的方法，按照以下步骤进行：

（1）将质量百分比为99.6%的铁基自溶性合金粉末和0.4%的稀土硅铁粉末机械搅拌混合均匀，所述粉末的粒度为200目；然后在55℃条件下烘干50min，再升温至170℃条件下保温1.5h；

（2）将基材经表面喷砂处理后，采用氧-乙炔火焰喷枪，喷焊上述处理后的铁基粉末，形成喷焊层；主要喷焊工艺参数为氧气压力0.45MPa，乙炔压力0.07MPa，预热温度250℃，采用两步法，喷粉距离180 mm，重熔距离25 mm，涂层厚1.25mm。

所述铁基自溶性合金粉末的化学成分按质量百分比为： Cr16%， Ni12% ， Si3.5%， B2.3%，C＜0.3%，余量为铁。

所述稀土硅铁粉末的化学成分按质量百分比为稀土合金含量35%，Si含量40%，Fe含量20%，Mn含量5%。

对喷焊层进行磨损实验研究，结果如图1所示，添加稀土硅铁后铁基喷焊层耐磨性提高了将近2倍。

对喷焊层进行腐蚀实验研究：实验结果见图2。可见稀土硅铁的添加提高了喷焊层的自腐蚀电位，且经计算拟合得出未加稀土的喷焊层腐蚀速率为0.2mmpy，而添加稀土后腐蚀速率为0.025 mmpy，耐蚀性提高了8倍。

实施例2

（1）将质量百分比为98.5%铁基自溶性合金粉末和1.5%的稀土氧化物粉末机械搅拌混合均匀，所述粉末的粒度为150目；然后在60℃条件下烘干0.5h，再升温至150℃条件下保温2h；

（2）将基材经表面喷砂处理后，采用氧-乙炔火焰喷枪，喷焊上述处理后的铁基粉末，形成喷焊层；主要喷焊工艺参数为氧气压力0.45MPa，乙炔压力0.07MPa，预热温度200℃，采用两步法，喷粉距离200 mm，重熔距离20 mm，涂层厚1.5 mm。

所述铁基自溶性合金粉末的化学成分按质量百分比为： Cr18%， Ni11% ， Si2.5%， B2.5%，C＜0.3%，余量为铁。

所述稀土氧化物为氧化镧与氧化铈的混合物，按质量百分比氧化镧含量为35%，氧化铈为65%。

对喷焊层进行磨损实验研究，结果如图3所示，添加稀土氧化物的铁基喷焊层耐磨性是未添加稀土氧化物喷焊层的1.76倍，耐磨性得到较大提高。

对喷焊层进行腐蚀实验研究：实验结果见图4。同样稀土氧化物的添加不仅提高了喷焊层的自腐蚀电位，而且还出现了钝化现象，经计算拟合得出未加稀土氧化物的铁基喷焊层腐蚀速率为0.2mmpy，而添加稀土氧化物后腐蚀速率为0.0409mmpy，耐蚀性提高了4.9倍。

实施例3

（1）将质量百分比为99.6%的铁基自溶性合金粉末和0.4%的稀土硅铁粉末机械搅拌混合均匀，所述粉末的粒度为300目；然后在50℃条件下烘干1h，再升温至200℃条件下保温1h；

（2）将基材经表面喷砂处理后，采用氧-乙炔火焰喷枪，喷焊上述处理后的铁基粉末，形成喷焊层；主要喷焊工艺参数为氧气压力0.45MPa，乙炔压力0.07MPa，预热温度300℃，采用两步法，喷粉距离150mm，重熔距离30 mm，涂层厚1 mm。

所述铁基自溶性合金粉末的化学成分按质量百分比为： Cr17%， Ni11.5% ， Si3%， B2%，C＜0.3%，余量为铁。

所述稀土硅铁粉末的化学成分按质量百分比为稀土合金含量30%，Si含量35%，Fe含量30%，Mn含量5%。

对喷焊层进行磨损实验研究，添加稀土硅铁后铁基喷焊层耐磨性提高了将近1.85倍。

对喷焊层进行腐蚀实验研究，可见稀土硅铁的添加提高了喷焊层的自腐蚀电位，且经计算拟合得出未加稀土的喷焊层腐蚀速率为0.2mmpy，而添加稀土后腐蚀速率为0.052 mmpy，耐蚀性提高了4倍。

实施例4

所述稀土氧化物为氧化镧与氧化铈的混合物，按质量百分比氧化镧含量为20%，氧化铈为80%。

对喷焊层进行磨损实验研究，添加稀土氧化物的铁基喷焊层耐磨性是未添加稀土氧化物喷焊层的2.21倍，耐磨性得到较大提高。

对喷焊层进行腐蚀实验研究：实验结果见图4。同样稀土氧化物的添加不仅提高了喷焊层的自腐蚀电位，而且还出现了钝化现象，经计算拟合得出未加稀土氧化物的铁基喷焊层腐蚀速率为0.2mmpy，而添加稀土氧化物后腐蚀速率为0.0616mmpy，耐蚀性提高了3.2倍。

Claims

1.一种添加稀土提高铁基合金粉末喷焊涂层耐蚀性的方法，其特征在于按照以下步骤进行：

2. 根据权利要求1所述的一种添加稀土提高铁基合金粉末喷焊涂层耐蚀性的方法，其特征在于所述铁基自溶性合金粉末的化学成分按质量百分比为： Cr16~18%， Ni11~12% ， Si2.5~3.5%， B2~2.5%，C＜0.3%，余量为铁。

3.根据权利要求1所述的一种添加稀土提高铁基合金粉末喷焊涂层耐蚀性的方法，其特征在于所述稀土硅铁粉末的化学成分按质量百分比为稀土合金含量30~35%，Si含量35~40%，Fe含量15~30%，Mn含量5%。

4.根据权利要求1所述的一种添加稀土提高铁基合金粉末喷焊涂层耐蚀性的方法，其特征在于所述稀土氧化物为氧化镧与氧化铈的混合物，按质量百分比氧化镧含量为20~35%，氧化铈为65~80%。