CN103774025B - 一种含有Mn、Mo、Ti的WC-FeNiCr无磁涂层材料及其制备方法 - Google Patents

一种含有Mn、Mo、Ti的WC-FeNiCr无磁涂层材料及其制备方法 Download PDF

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一种含有Mn、Mo、Ti的WC－FeNiCr无磁涂层材料及其制备方法属于激光材料加工技术领域。一种含有Mn、Mo、Ti的WC－FeNiCr无磁涂层材料其中碳化钨：50～66wt%、Ni：4～6wt%、Cr：6～8wt%、Mn：2.0～3.5wt%、Mo：1.5～2.5wt%、Ti：1.0～2.0wt%、余量Fe。分别制备Fe、Ni、Cr、Mn、Mo、Ti的单元素粉末；选用粉末粒度为35～110um的铸造型或烧结型碳化钨粉末，将FeNiCr为基且含有Mn、Mo、Ti元素的多元合金粉末与碳化钨粉末在球磨机内混合；用激光熔覆，在零部件表面上将粉末材料制备成涂层材料，实现零部件的强化或修复。本发明制备而成的涂层材料的相对磁导率在1.005≤ur≤1.010之间。

Description

一种含有Mn、Mo、Ti的WC-FeNiCr无磁涂层材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铁基无磁涂层材料及其制备方法，属于激光材料加工技术领域。
背景技术
无磁材料在军事、航空航天、石油勘探、地质测量、模具等领域中获得广泛应用，具有非常重要的不可或缺的作用。激光熔覆技术在制备无磁复合涂层方面具有显著优势，不受零部件形状复杂程度以及尺寸大小的限制，可在工件表面精确获得厚度均匀、耐磨、抗腐蚀的无磁涂层材料，涂层与基体实现冶金结合。由于国内Co、Ni资源的匮乏，我们采用Fe基合金部分代替Ni的方式，进行了激光熔覆WC-FeNiCr无磁复合涂层的制备（专利号：ZL200910210544.X），无磁复合涂层中碳化钨质量百分比在20－60％范围，涂层所对应的相对磁导率在1.005－1.036范围，由于材料配比以及激光熔覆工艺的差异，在一定的制备条件下涂层中会出现少量的弱磁性相，影响到了材料无磁性能的稳定。众所周知，碳化钨含量越高，材料的耐磨性能越优异。为了提高涂层材料中的碳化钨含量，需要添加合金元素以稳定Fe基合金中奥氏体的稳定性，从而实现无磁性能的稳定性。根据有关原理可知，Mn元素可以提高材料中奥氏体的稳定性，Mo可以提高材料的强度，Ti元素可以进一步降低或消除材料中的弱磁性相。通过添加其它合金元素的方法可以实现涂层材料相对磁导率的降低，从而满足实际应用的需要。
发明内容
本发明主要为了进一步提高WC-FeNiCr无磁涂层材料中碳化钨的含量并促进无磁性能的稳定性，提供一种含有Mn、Mo、Ti的WC－FeNiCr无磁涂层材料及其制备方法，以满足较高使用要求的需要。
一种含有Mn、Mo、Ti的WC－FeNiCr无磁涂层材料，其特征在于：其中碳化钨：50～66wt%、Ni：4～6 wt%、Cr：6～8 wt%、Mn：2.0～3.5 wt%、Mo：1.5～2.5 wt%、Ti：1.0～2.0 wt%、余量Fe。
所述的一种含有Mn、Mo、Ti的WC－FeNiCr无磁涂层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按权利要求1中所述组分的质量百分比进行合金材料的选取；
（2）采用水雾化、气雾化或等离子旋转电极雾化的方式分别制备Fe、Ni、Cr、Mn、Mo、Ti的单元素粉末，粉末纯度不低于99.5％，粉末粒度为40～90μm；
（3）选用粉末粒度为35～110μm的铸造型或烧结型碳化钨粉末，并按照配比称量各合金粉末与碳化钨粉末，其中碳化钨粉末质量百分比50～66%；
（4）将FeNiCr为基且含有Mn、Mo、Ti的多元合金粉末与碳化钨粉末在球磨机内混合1.5～3.0小时，实现多元粉体的均匀化；
（5）选取无磁的零部件为基体，采用同步送粉的方式，利用激光熔覆等技术，在零部件表面上将粉末材料制备成涂层材料，实现零部件的强化或修复。激光熔覆工艺参数为：激光功率2.0～4.0KW，圆光斑尺寸为2～6mm，光束扫描速度为180～320mm/min，激光熔覆过程采用流量为10～18L/min的氩气保护。
所述的一种含有Mn、Mo、Ti的WC－FeNiCr无磁涂层材料及其制备方法，其特征在于：制备而成的涂层材料的相对磁导率在1.005≤ur≤1.010之间。
附图说明
图1是不同WC含量且含有Mn、Mo、Ti的WC－FeNiC激光熔覆层的磁滞回线
① 碳化钨含量为50％无磁涂层的磁滞回线②碳化钨含量为58％磁涂层的磁滞回线③碳化钨含量为66％涂层的磁滞回线。
图2是不同WC含量且含有Mn、Mo、Ti的WC－FeNiC激光熔覆层的磁化曲线
① 碳化钨含量为50％无磁涂层的磁化曲线②碳化钨含量为58％磁涂层的磁化曲线③碳化钨含量为66％涂层的磁化曲线。
具体实施方式
实施例1
（1）选取典型的含有Mn、Mo、Ti元素的WC－FeNiCr无磁涂层材料配方，碳化钨：50wt%、Ni：4.0 wt%、Cr：6.0 wt%、Mn：2.0 wt%、Mo：1.5 wt%、Ti：1.0 wt%、余量Fe。
（2）采用水雾化、气雾化或等离子旋转电极雾化的方式分别制备Fe、Ni、Cr、Mn、Mo、Ti的单元素粉末，粉末纯度为99.5％，粉末粒度为40～90μm；
（3）选用粉末粒度为35～110μm的铸造型球状碳化钨粉末，并按照配比称量各合金粉末与碳化钨粉末，其中碳化钨粉末质量百分比50%；
（4）将FeNiCr为基且含有Mn、Mo、Ti元素的多元合金粉末与碳化钨粉末在球磨机内混合1.5小时，实现多元粉体的均匀化；
（5）选取N1310无磁钢做为熔覆基体材料，采用同步送粉的方式，利用半导体激光器在无磁钢表面熔覆制备涂层材料，激光熔覆工艺参数为：激光功率2.0KW，圆光斑尺寸为2mm，光束扫描速度为180mm/min，激光熔覆过程采用流量为10L/min的氩气保护。
在Lake Shore7410型振动样品磁强计进行含有Mn、Mo、Ti元素的WC－FeNiCr涂层材料磁性能测试，得到材料的相对磁导率数值为1.005，涂层的磁性能测试结果见图1和图2。
实施例2
（1）选取典型的含有Mn、Mo、Ti元素的WC－FeNiCr无磁涂层材料配方，碳化钨：58wt%、Ni：5.0 wt%、Cr：7.0 wt%、Mn：3.0 wt%、Mo：2.0 wt%、Ti：1.5 wt%、余量Fe。
（2）采用水雾化、气雾化或等离子旋转电极雾化的方式分别制备Fe、Ni、Cr、Mn、Mo、Ti的单元素粉末，粉末纯度为99.5％，粉末粒度为40～90μm；
（3）选用粉末粒度为35～110μm的铸造型球状碳化钨粉末，并按照配比称量各合金粉末与碳化钨粉末，其中碳化钨粉末质量百分比58%；
（4）将FeNiCr为基且含有Mn、Mo、Ti元素的多元合金粉末与碳化钨粉末在球磨机内混合2.0小时，实现多元粉体的均匀化；
（5）选取316L无磁钢做为熔覆基体材料，采用同步送粉的方式，利用光纤激光器在无磁钢表面熔覆制备涂层材料，激光熔覆工艺参数为：激光功率3.0KW，圆光斑尺寸为4mm，光束扫描速度为250mm/min，激光熔覆过程采用流量为14L/min的氩气保护。
在Lake Shore7410型振动样品磁强计进行含有Mn、Mo、Ti元素的WC－FeNiCr涂层材料磁性能测试，得到材料的相对磁导率数值为1.007，涂层的磁性能测试结果见图1和图2。
实施例3
（1）选取典型的含有Mn、Mo、Ti元素的WC－FeNiCr无磁涂层材料配方，碳化钨：66wt%、Ni：6.0 wt%、Cr：8.0 wt%、Mn：3.5 wt%、Mo：2.5 wt%、Ti：2.0 wt%、余量Fe。
（2）采用水雾化、气雾化或等离子旋转电极雾化的方式分别制备Fe、Ni、Cr、Mn、Mo、Ti的单元素粉末，粉末纯度为99.5％，粉末粒度为40～90μm；
（3）选用粉末粒度为35～110μm的铸造型球状碳化钨粉末，并按照配比称量各合金粉末与碳化钨粉末，其中碳化钨粉末质量百分比66%；
（4）将FeNiCr为基且含有Mn、Mo、Ti元素的多元合金粉末与碳化钨粉末在球磨机内混合3.0小时，实现多元粉体的均匀化；
（5）选取304无磁钢做为熔覆基体材料，采用同步送粉的方式，利用CO2激光器在无磁钢表面熔覆制备涂层材料，激光熔覆工艺参数为：激光功率4.0KW，圆光斑尺寸为6mm，光束扫描速度为320mm/min，激光熔覆过程采用流量为18L/min的氩气保护。
在Lake Shore7410型振动样品磁强计进行含有Mn、Mo、Ti元素的WC－FeNiCr涂层材料磁性能测试，得到材料的相对磁导率数值为1.010，涂层的磁性能测试结果见图1和图2。

Claims (2)

1.一种含有Mn、Mo、Ti的WC－FeNiCr无磁涂层材料，其特征在于：其中碳化钨：50～66wt％、Ni：4～6wt％、Cr：6～8wt％、Mn：2.0～3.5wt％、Mo：1.5～2.5wt％、Ti：1.0～2.0wt％、余量Fe。
2.根据权利要求1所述的一种含有Mn、Mo、Ti的WC－FeNiCr无磁涂层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按权利要求1中所述组分的质量百分比进行合金材料的选取；
(2)采用水雾化、气雾化或等离子旋转电极雾化的方式分别制备Fe、Ni、Cr、Mn、Mo、Ti的单元素粉末，粉末纯度不低于99.5％，粉末粒度为40～90μm；
(3)选用粉末粒度为35～110μm的铸造型或烧结型碳化钨粉末，并按照配比称量各合金粉末与碳化钨粉末，其中碳化钨粉末质量百分比50～66％；
(4)将FeNiCr为基且含有Mn、Mo、Ti元素的多元合金粉末与碳化钨粉末在球磨机内混合1.5～3.0小时，实现多元粉体的均匀化；
(5)选取无磁的零部件为基体，采用同步送粉的方式，利用激光熔覆技术，在零部件表面上将粉末材料制备成涂层材料，实现零部件的强化或修复；激光熔覆工艺参数为：激光功率2.0～4.0KW，圆光斑尺寸为2～6mm，光束扫描速度为180～320mm/min，激光熔覆过程采用流量为10～18L/min的氩气保护。
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