CN104858420A - 一种硬质Fe-Si-Mn-W焊层材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硬质Fe-Si-Mn-W焊层材料及其制备方法，其组分及各组分的质量百分数为Fe占16-22份、Si占51-67份、Mn占10份、W占8份、Al2O3占1份，其制备方法为：采用气雾化法制得Fe-Si-Mn-W的纳米球；然后向制得的纳米球中加入Al2O3，最后根据所焊接母材的不同，采用活性剂保护法混合不同种类的合金粉末制得纳米粉末。本发明既有合金钢材的高强度，又有钛金属的优异耐蚀性、高静摩擦系数等特点，制得的焊层的硬度可达到HRC38，具有较高的结合强度和较小的气孔率，结合强度、抓附力较高，焊层厚度可达5毫米，致密度良好为0.85。
Description
技术领域
本发明涉及热喷涂技术领域，具体说是一种硬质Fe-Si-Mn-W焊层材料及其制备方法。
背景技术
焊接时看得见光(电弧光)的叫明弧焊，如焊条电弧焊、氩弧焊、二保焊。埋弧焊是在焊剂下面进行的，而不是弧光焊接。明弧焊和埋弧焊的应用极具潜力。其应用特点可概括为以下四点:1、表面工程和多种复合材料的结合在材料设计中具有明显的优势；2、可方便地调整材料的化学成分；3、能够动态形成具有特殊结构性能的复合材料；4、多种材料和多种技术的复合可获得优异的性能。
然而埋弧焊和明弧焊技术的发展却受着材料短板的制约，传统使用的丝材结合强度差、气孔率高、使用率低，越来越难以满足人们的使用要求，尤其是难以满足人们在特种环境下的使用要求，而这正是人们采用明弧焊和埋弧焊技术过程中所要追求的。
发明内容
为了弥补传统焊层的不足，本发明提供一种硬质Fe-Si-Mn-W焊层材料及其制备方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种硬质Fe-Si-Mn-W焊层材料，其组分及各组分的质量份数为Fe占16-22份、Si占51-67份、Mn占10份、W占8份、Al2O3占1份。
Si具有较高的熔点和密度，化学性质比较稳定，常温下很难与其他物质反应。
W是一种硬质银白色金属，外形似钢。W的熔点高，蒸气压很低，蒸发速度也较小。W的化学性质很稳定，常温时不跟空气和水反应，不溶于盐酸、硫酸、硝酸和碱溶液。是稀有高熔点金属，加入纳米涂层中能有效提高涂层硬度、耐磨性和耐腐性。
所述Al2O3增加了材料的结合强度，减少了气孔率。
一种硬质Fe-Si-Mn-W焊层材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先采用气雾化法制得Fe-Si-Mn-W的纳米球；
(2)向步骤(1)制得的纳米球中加入Al2O3，最后根据所焊接母材的不同，采用活性剂保护法混合不同种类的合金粉末制得纳米粉末。
本发明的有益效果是：本发明既有合金钢材的高强度，又有钛金属的优异耐蚀性、高静摩擦系数等特点。本发明制得的焊层的硬度可达到HRC38，具有较高的结合强度和较小的气孔率，结合强度、抓附力较高，焊层厚度可达5毫米，致密度良好为0.85，适用于明弧焊，还可作为热喷涂层材料的底层材料，具有优异的结合强度，在相同的条件下，本发明的结合强度、耐腐蚀性是普通丝材结合强度的2-3倍，可见本发明具有优异的焊接性能。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段和创作特征易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
实施例一
一种硬质Fe-Si-Mn-W焊层材料，其组分及各组分的质量份数为Fe占16份、Si占51份、Mn占10份、W占8份、Al2O3占1份。
一种硬质Fe-Si-Mn-W焊层材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用气雾化法制得Fe-Si-Mn-W的纳米球；
(2)向步骤(1)制得的纳米球中加入Al2O3，最后根据所焊接母材的不同，采用活性剂保护法混合包括Al在内的不同种类的合金粉末制得纳米粉末。
实施例二
一种硬质Fe-Si-Mn-W焊层材料，其组分及各组分的质量份数为Fe占18份、Si占55份、Mn占10份、W占8份、Al2O3占1份。
一种硬质Fe-Si-Mn-W焊层材料的制备方法，同实施例一。
实施例三
一种硬质Fe-Si-Mn-W焊层材料，其组分及各组分的质量份数为Fe占20份、Si占61份、Mn占10份、W占8份、Al2O3占1份。
一种硬质Fe-Si-Mn-W焊层材料的制备方法，同实施例一。
实施例四
一种硬质Fe-Si-Mn-W焊层材料，其组分及各组分的质量份数为Fe占22份、Si占67份、Mn占10份、W占8份、Al2O3占1份。
一种硬质Fe-Si-Mn-W焊层材料的制备方法，同实施例一。
采用明弧焊焊接技术在以20Co钢为基体的轧辊上制得Fe-Si-Mn-W焊层，带有所述焊层的基体与无所述焊层的基体的结合强度、显微硬度、气孔率以及抗磨粒磨损性能对比实验结果见表1：
表1 Fe-Si-Mn-W焊层与20Co钢基体的性能对比实验结果：
| 实验组编号 | 孔隙率(AREA％) | 结合强度(MPa) | 显微硬度(HV) |
| 1 | 0.347 | 85.2 | 475 |
| 2 | 0.434 | 86.1 | 536 |
| 3 | 0.436 | 83.6 | 456 |
| 4 | 0.532 | 82.8 | 482 |
| 平均值 | 0.437 | 84.4 | 576 |
| 对比组 | 0.827 | 49.3 | 461 |
本发明中所用焊丝的选择既要考虑焊剂成分的影响，又要考虑母材成分的影响。为达到所要求的焊缝金属成分，可采用一种硬质焊剂(熔炼焊剂)与几种焊丝配合的焊接方式，也可采用一种硬质焊丝与几种焊剂(烧结焊剂)配合的焊接方式。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种硬质Fe-Si-Mn-W焊层材料，其特征在于：其组分及各组分的质量份数为Fe占16-22份、Si占51-67份、Mn占10份、W占8份、Al2O3占1份。
2.一种硬质Fe-Si-Mn-W焊层材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)采用气雾化法制得Fe-Si-Mn-W的纳米球；
(2)向步骤(1)制得的纳米球中加入Al2O3，最后根据所焊接母材的不同，采用活性剂保护法混合不同种类的合金粉末制得纳米粉末。
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