CN104289826A

CN104289826A - 一种硼化物耐磨堆焊药芯焊丝及其制备方法

Info

Publication number: CN104289826A
Application number: CN201410599703.0A
Authority: CN
Inventors: 潘应君; 张恒; 陆旭锋
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: WUHAN CHUNHE TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2034-10-31
Also published as: CN104289826B

Abstract

本发明涉及一种硼化物耐磨堆焊药芯焊丝及其制备方法。其技术方案是：先将药芯干燥，混匀；再装入外皮，拉拔，即得硼化物耐磨堆焊药芯焊丝。所述药芯的成分及含量是：B为1~10wt%，Mo为25~75wt%，Ni为1~12wt%，Cr为1~20wt%，C为0.2~2wt%，余量为Fe。所述的外皮为普通低碳钢或为不锈钢。本发明成本低，所制备的硼化物耐磨堆焊药芯焊丝对母材进行堆焊处理后，能使母材表面熔覆层的耐蚀性良好、耐磨性优异和硬度高。

Description

一种硼化物耐磨堆焊药芯焊丝及其制备方法

技术领域

本发明属于堆焊药芯焊丝领域。具体地说，涉及一种硼化物耐磨堆焊药芯焊丝及其制备方法。

背景技术

三元硼化物基金属陶瓷制备工艺简单，可操作性强，并具有优异的耐磨、耐腐蚀和耐高温性能，尤其是其所需原料不再依赖于钨钴等战略物质，使得三元硼化物基金属陶瓷具有重大实用价值。在众多硬质合金中，硼化物基硬质合金具有高硬度、高熔点及良好的导电性能，加之反应真空液相烧结法的出现使得金属陶瓷更加致密，硬度及抗弯强度等性能得到很大改善。因此，三元硼化物基金属陶瓷因其良好性能已成功应用于注射成型模、刀具制作、铜热挤压模等耐磨工作环境。

药芯焊丝作为新一代焊接材料，其焊接效率高、容易操作和焊丝品种多，使其应用越来越广泛，在药芯焊丝的应用中硬面堆焊领域是药芯焊丝的一个主要拓展方向。堆焊耐磨药芯焊丝分为铁基堆焊耐磨焊丝和非铁基堆焊耐磨焊丝两大类。铁基堆焊耐磨焊丝又分为高铬合金堆焊耐磨焊丝、碳化钨堆焊耐磨焊丝等，其主要优点是成本低、可焊性较好，适合各种钢铁件的修复，并能不同程度地增加20%~80%的使用寿命。但是，由于材质所限，这类铁基堆焊耐磨焊丝存在一些难以避免的缺陷：硬度低、耐磨性有限、耐蚀性差及抗高温性能差，难以满足严重磨损、腐蚀、高温等苛刻环境条件下零件的使用要求。非铁基堆焊耐磨焊丝又分为钴基堆焊耐磨焊丝和镍基堆焊耐磨焊丝，这类材料主要参照硬质合金材料制备的，以碳化物、碳化钛、碳化铬等作为硬质相，以钴或镍作为粘接相。这类耐磨焊丝虽具有优异的耐磨、耐蚀和抗高温性能。但是，碳化物合金与钢的结合存在着不可能逾越的密度和膨胀系数的障碍，导致其可焊性差、母材与熔覆层间结合强度低、易产生裂纹、剥落等各种缺陷，材料成本较高，很大程度上限制了这类堆焊耐磨焊丝的广泛应用。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种低成本的三元硼化物堆焊药芯丝的制备方法，采用本发明制备的硼化物耐磨堆焊药芯焊丝对母材进行堆焊处理后，能使母材表面熔覆层的耐蚀性良好、耐磨性优异和硬度高。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：先将药芯干燥，混匀；再装入外皮，拉拔，即得硼化物耐磨堆焊药芯焊丝。

所述药芯的成分及含量是：B为1~10wt%，Mo为25~75wt%，Ni为1~12wt%，Cr为1~20wt%，C为0.2~2wt%，余量为Fe。

所述的外皮为普通低碳钢或为不锈钢。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

本发明制备的硼化物耐磨堆焊药芯焊丝所需原料不依赖于钨钴等战略物质，能大幅度地降低制备成本，且能获得与采用钨钴制备的此类药芯焊丝相同或相近的性能。使得硼化物耐磨堆焊药芯焊丝具有重大的实用价值。本发明制备的药芯焊丝在使用过程中，药芯中的硼化物原料粉末和其它金属粉末的混合物以及外皮经原位反应生成以Mo₂FeB₂为硬质相以Fe基为粘结相的金属陶瓷材料，原位反应的发生使得母材表面产生一层三元硼化物金属陶瓷使得堆焊后的材料表面熔覆层的耐蚀性良好、耐磨性优异和硬度高。

三元硼化物金属陶瓷中，粘结相为Fe基，在药芯焊丝使用过程中母材中的Fe也参与了反应，堆焊后的熔覆层能很好地与母材结合，会产生一定厚度的过渡层，使熔覆层不易产生裂纹、剥落等缺陷，熔覆层与母材膨胀系数相近，也使得本发明制备的药芯焊丝的可焊性增强。

本发明将三元硼化物这一具有优异性能的材料运用到药芯焊丝焊接材料中。使所制备的硼化物耐磨堆焊药芯焊丝不仅具有铁基堆焊耐磨焊丝所具有的优点，还同时具有铁基堆焊耐磨焊丝所不具备的高硬、耐磨等特点；硼化物耐磨堆焊药芯焊丝与钢具有相近的膨胀系数，因此，本发明制备的硼化物耐磨堆焊药芯焊丝没有非铁基堆焊耐磨焊丝中碳化物合金与钢的结合所存在的密度和膨胀系数的障碍。

本发明制备的硼化物耐磨堆焊药芯焊丝的熔覆层与母材结合界面良好，在熔覆层与母材之间存在一定厚度的过渡层。在堆焊结过程中，会产生高温，焊丝中的药芯材料与母材新鲜表面接触，母材中的Fe和焊丝中的原料粉末发生硼化反应，生成硬质相，并在液相化过程中，母材中的Fe参与液相的形成，实现熔覆层和母材的结合。熔覆层主要生成的相有硬质相Mo₂FeB₂和铁基粘接相。

本发明制备的硼化物耐磨堆焊药芯焊丝的药芯中的金属Cr和金属Ni均为高温合金元素，堆焊后进行焊后硬化处理能提高熔覆层硬度和使用寿命。

因此，本发明成本低，所制备的硼化物耐磨堆焊药芯焊丝对母材进行堆焊处理后，能使母材表面熔覆层的耐蚀性良好、耐磨性优异和硬度高。

附图说明

图1为本发明制备的一种硼化物耐磨堆焊药芯焊丝熔覆层与母材结合界面的金相照片；

图2为图1所示硼化物耐磨堆焊药芯焊丝熔覆层的XRD图谱。

具体实施方式

以下通过具体的实施方式对本发明做进一步的描述，但不应理解为是对本发明的限定。本领域普通技术人员根据上述方案可做出各种形式的变化，凡是基于上述思想所做的变化都属于本发明的范围。

实施例1

一种硼化物耐磨堆焊药芯焊丝及其制备方法。本实施例所述制备方法是：先将药芯干燥，混匀；再装入外皮，拉拔，即得硼化物耐磨堆焊药芯焊丝。

本实施例所述外皮为普通低碳钢。

本实施例所述药芯的成分及含量是：B为1~4wt%，Mo为25~40wt%，Ni为9~12wt%，Cr为15~20wt%，C为0.2~2wt%，余量为Fe。

实施例2

本实施例所述外皮为不锈钢。

本实施例所述药芯的成分及含量是：B为3~6wt%，Mo为35~50wt%，Ni为7~9wt%，Cr为10~16wt%，C为0.2~2wt%，余量为Fe。

实施例3

本实施例所述外皮为普通低碳钢。

本实施例所述药芯的成分及含量是：B为5~8wt%，Mo为45~60wt%，Ni为5~8wt%，Cr为5~10wt%，C为0.2~2wt%，余量为Fe。

实施例4

本实施例所述外皮为不锈钢。

本实施例所述药芯的成分及含量是：B为7~10wt%，Mo为60~75wt%，Ni为1~5wt%，Cr为1~6wt%，C为0.2~2wt%，余量为Fe。

本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：

本具体实施方式制备的硼化物耐磨堆焊药芯焊丝所需原料不依赖于钨钴等战略物质，能大幅度地降低制备成本，且能获得与采用钨钴制备的此类药芯焊丝相同或相近的性能。使得硼化物耐磨堆焊药芯焊丝具有重大的实用价值。本具体实施方式制备的药芯焊丝在使用过程中，药芯中的硼化物原料粉末和其它金属粉末的混合物以及外皮经原位反应生成以Mo₂FeB₂为硬质相以Fe基为粘结相的金属陶瓷材料，原位反应的发生使得母材表面产生一层三元硼化物金属陶瓷使得堆焊后的材料表面熔覆层的耐蚀性良好、耐磨性优异和硬度高。

本具体实施方式将三元硼化物这一具有优异性能的材料运用到药芯焊丝焊接材料中。使所制备的硼化物耐磨堆焊药芯焊丝不仅具有铁基堆焊耐磨焊丝所具有的优点，还同时具有铁基堆焊耐磨焊丝所不具备的高硬、耐磨等特点；硼化物耐磨堆焊药芯焊丝与钢具有相近的膨胀系数，因此，本具体实施方式制备的硼化物耐磨堆焊药芯焊丝没有非铁基堆焊耐磨焊丝中碳化物合金与钢的结合所存在的密度和膨胀系数的障碍。

图1为硼化物耐磨堆焊药芯焊丝熔覆层与母材结合界面的金相照片。熔覆层与母材之间结合界面良好，在熔覆层与母材之间存在一定厚度的过渡层。在堆焊结过程中，会产生高温，焊丝中的药芯材料与母材的新鲜表面接触，母材中的Fe和焊丝中的原料粉末发生硼化反应，生成硬质相，并在液相化过程中，母材中的Fe参与液相的形成，实现熔覆层和母材的结合。

图2为硼化物耐磨堆焊药芯焊丝熔覆层的XRD图谱，熔覆层主要生成的相有硬质相Mo₂FeB₂和铁基粘接相。

本具体实施方式制备的硼化物耐磨堆焊药芯焊丝的药芯中的金属Cr和金属Ni均为高温合金元素，堆焊后进行焊后硬化处理能提高熔覆层硬度和使用寿命。

因此，本具体实施方式成本低，所制备的药芯焊丝对材料进行堆焊处理后，能使材料表面熔覆层的耐蚀性良好、耐磨性优异和硬度高。

Claims

1.一种硼化物耐磨堆焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于所述制备方法是：先将药芯干燥，混匀；再装入外皮，拉拔，即得硼化物耐磨堆焊药芯焊丝；

2. 根据权利要求1所述的硼化物耐磨堆焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于所述的外皮为普通低碳钢或为不锈钢。

3. 一种硼化物耐磨堆焊药芯焊丝，其特征在于所述硼化物耐磨堆焊药芯焊丝是根据权利要求1~2中任一项所述硼化物耐磨堆焊药芯焊丝的制备方法所制备的硼化物耐磨堆焊药芯焊丝。