CN103695899B

CN103695899B - 一种用于修复耐磨防腐熔覆层的铁基激光熔覆粉末及其制备方法

Info

Publication number: CN103695899B
Application number: CN201310713700.0A
Authority: CN
Inventors: 徐红艳; 国俊丰; 侯伟骜; 高峰; 赵雪飞; 薛俊鹏; 陆在平; 田玉亮
Original assignee: Bgrimm Advanced Materials Science & Technology Co ltd; Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Current assignee: Bgrimm Advanced Materials Science & Technology Co ltd; Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: CN103695899A

Abstract

本发明公开了一种用于修复耐磨防腐熔覆层的铁基激光熔覆粉末的制备方法，包括：将由碳、硅、硼、铬、镍、锰、钼组成原料熔成液体后经过高压气雾化，再经过冷却后制得所述铁基激光熔覆粉末。本发明制得的铁基激光熔覆粉末的粒径较小、熔覆后的涂层组织较小，具有较好的韧性，在熔覆过程中无开裂行为，且熔覆合金为低碳马氏体组织，具有较好的硬度，经盐雾腐蚀72小时无锈斑，具有良好的耐腐蚀性。

Description

一种用于修复耐磨防腐熔覆层的铁基激光熔覆粉末及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于修复耐磨防腐熔覆层的铁基激光熔覆粉末及其制备方法，属于涂层材料技术领域。

背景技术

煤矿液压支架工作环境潮湿且伴随大颗粒粉末冲蚀，在使用过程中极易遭受腐蚀和磨损，大大降低了其使用寿命。现有技术中普遍采用激光熔覆对液压支架进行表面防护以提高其防腐耐磨效果，采用激光熔覆铁镍基合金粉末制备的耐磨防腐熔覆层，可以明显延长煤矿液压支架使用寿命，初步使用结果确定升井周期至少为3年，甚至5～8年。因此，煤矿液压支架采用激光熔覆处理后可以显著提高生产效率，降低成本，减少损耗，创造显著的经济和社会效益。

然而激光熔覆技术一直未能彻底地解决熔覆层的开裂、裂纹问题，这在很大程度上限制了这一技术的应用范围。目前，激光熔覆工艺大多直接采用粒径较粗大的热喷涂粉末作为原料，但由于热喷涂过程和激光熔覆过程的工艺特点不同，直接采用热喷涂粉末来进行激光熔覆会造成熔覆层缺陷难以控制、涂层开裂加剧等现象。

发明内容

本发明提出了一种用于修复耐磨防腐熔覆层的铁基激光熔覆粉末及其制备方法，以解决现有的熔覆后涂层的韧性、耐腐蚀性及抗裂性较差的问题。为此，本发明提出了如下的技术方案：

一种用于修复耐磨防腐熔覆层的铁基激光熔覆粉末的制备方法，包括：

将由碳、硅、硼、铬、镍、锰、钼组成原料熔成液体后经过高压气雾化，再经过冷却后制得所述铁基激光熔覆粉末。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明制得的铁基激光熔覆粉末的粒径较小、熔覆后的涂层组织较小，具有较好的韧性，在熔覆过程中无开裂行为，且熔覆合金为低碳马氏体组织，具有较好的硬度，经盐雾腐蚀72小时无锈斑，具有良好的耐腐蚀性。

具体实施方式

本发明的具体实施方式提出了一种用于修复耐磨防腐熔覆层的铁基激光熔覆粉末的制备方法，包括：

具体的，本具体实施方式中的铁基激光熔覆粉末是由碳、硅、硼、铬、镍、锰和钼组成的，其制备方法为高压气雾化制粉，工艺参数为：雾化压力为4.0-4.5MPa、过热度为100-200℃。按照优选原料配比进行选择金属材料，在冶炼炉中熔成液体，经高压气雾化，在喷嘴孔下冷却为冶金粉末。

采用上述高压气雾化得到的铁基激光熔覆粉末的粒度和粒径较小，小于20μm的粉末占主体粉末的80%。并且铁基激光熔覆粉末的球形度较高、氧含量较低，其组成为（按重量%）：O≤0.07%；C，0.05-0.2%；Si，1.2-1.7%；B，0.4-0.8%；Cr，15-18%；Ni，5-7.5%；Mn，0.2-0.55%；Mo，1.5-3.0%；余量为Fe。

将上述铁基激光熔覆粉末采用大功率激光器制备涂层，具体工艺参数为：功率：7000-8000W，送粉率：35-40g/min，光斑直径：10-15mm，扫描速度：400-480mm/min，搭接率：45-50%。制备的涂层为细小的等轴晶，涂层韧性较好，抗冲击韧性>400kJ/m²，涂层为低碳马氏体组织，硬度≥30HRC，熔覆后的涂层材料经盐雾腐蚀72小时无锈斑，具有良好的耐腐蚀性，粉末熔覆后无裂纹产生，具有良好的抗裂性，可满足煤矿液压支架修复的具体工况要求。

本具体实施方式提供的用于修复耐磨防腐熔覆层的铁基激光熔覆粉末的制备方法具有以下的特点：

1）采用高压气雾化（雾化压力在4.0-4.5MPa）制粉，所得粉末球形度高，氧含量低，粒径小，<20μm的粉末占80%，小粒径的粉末经激光熔覆后组织细小，可提高涂层韧性。涂层的抗冲击韧性>400kJ/m²。

2）该激光熔覆粉末通过低碳含量保证涂层韧性，通过添加适量的硼、铬、锰、和钼，来提高熔覆涂层的硬度；在保持涂层硬度≥30HRC的前提下，熔覆过程中不产生裂纹。

3）该激光熔覆粉末通过适量的铬、钼和镍的含量，在保证不失韧性的前提下，增加熔覆涂层的抗腐蚀能力，经盐雾腐蚀72小时无锈斑。

4）该激光熔覆粉末为铁基粉末，所含合金元素含量低，修复煤矿液压支架显著提高其使用寿命具有良好的经济性。

下面通过具体的实施例对本发明提出的用于修复耐磨防腐熔覆层的铁基激光熔覆粉末的制备方法作详细说明。

实施例1：

相应的铁基激光熔覆粉末由碳、硅、硼、铬、镍、锰、钼组成。取各自配比的金属材料在冶炼炉中熔成液体，经高压气雾化（雾化压力为4.0MPa），在喷嘴孔下冷却为冶金粉末，一次性得到<20μm的粉末占主体粉末80%，粉末氧含量低，其组成为（重量%）：O，0.05%；C，0.05%；Si，1.2%；B，0.4%；Cr，15%；Ni，5%；Mn，0.2%；Mo，1.5%；余量为Fe。

采用大功率激光器在奥氏体不锈钢上熔覆该粉末，在涂层的制备过程中，没有出现裂纹，涂层硬度均值为31.2HRC，涂层的冲击韧性为586kJ/m²。经盐雾腐蚀72小时无锈斑。

实施例2：

相应的铁基激光熔覆粉末由碳、硅、硼、铬、镍、锰、钼组成。取各自配比的金属材料在冶炼炉中熔成液体，经高压气雾化（雾化压力为5.0MPa），在喷嘴孔下冷却为冶金粉末，一次性得到<2μm粉末占主体粉末的85%。粉末氧含量低，其组成为（重量%）：O0.06%；C，0.2%；Si，1.7%；B，0.8%；Cr，18%；Ni，7.5%；Mn，0.55%；Mo，3.0%；余量为Fe。

采用大功率激光器在奥氏体不锈钢上熔覆该粉末，在涂层的制备过程中，没有出现裂纹，涂层硬度均值为43.2HRC，涂层的冲击韧性为487kJ/m²。经盐雾腐蚀72小时无锈斑。

实施例3：

相应的铁基激光熔覆粉末由碳、硅、硼、铬、镍、锰、钼组成。取各自配比的金属材料在冶炼炉中熔成液体，经高压气雾化（雾化压力为4.5MPa），在喷嘴孔下冷却为冶金粉末，一次性得到<2μm粉末占主体粉末83%。粉末氧含量低，其重量百分比为（重量%）：C，0.07%；Si，1.64%；B，0.75%；Cr，17.8%；Ni，5.5%；Mn，0.3%；Mo，2.5%；O0.10%；余量为Fe。

采用大功率激光器在奥氏体不锈钢上熔覆该粉末，在涂层的制备过程中，没有出现裂纹，涂层硬度均值为38.8HRC，涂层的冲击韧性为535kJ/m²。经盐雾腐蚀72小时无锈斑。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种用于修复耐磨防腐熔覆层的铁基激光熔覆粉末的制备方法，其特征在于，包括：

将由铁、碳、硅、硼、铬、镍、锰、钼组成原料熔成液体后经过高压气雾化，再经过冷却后制得所述铁基激光熔覆粉末；

制得的所述铁基激光熔覆粉末包括0.05wt％的氧、0.05wt％的碳、1.2wt％的硅、0.4wt％的硼、15wt％的铬、5wt％的镍、0.2wt％的锰和1.5wt％的钼，余量为铁。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述铁基激光熔覆粉末通过功率为7000-8000W、送粉率为35-40g/min、光斑直径为10-15mm、扫描速度为400-480mm/min以及搭接率为45-50％的条件下的激光器制备涂层，以修复耐磨防腐熔覆层。