CN104858423A

CN104858423A - 一种刮板机溜槽用复合固体自润滑合金粉末及其制备方法

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Publication number: CN104858423A
Application number: CN201510288709.0A
Authority: CN
Inventors: 张军
Original assignee: XI'AN AONAITE SOLID LUBRICATION ENGINEERING RESEARCH Co Ltd
Current assignee: XI'AN AONAITE SOLID LUBRICATION ENGINEERING RESEARCH Co Ltd
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2035-05-29
Also published as: CN104858423B

Abstract

本发明涉及一种刮板机溜槽用复合固体自润滑合金粉末及其制备方法，其特征是：该合金粉末的化学组分为：铬为10％～13％、镍为4％～6％、锰为0.5％～1％、钼为1％～2％、硼为0.5％～1％、硅为0.25％～0.5％、稀土氧化物为1％～3.5％、碳化钨为2％～8％、碳为2％～8％、六方氮化硼为2％～8％，铁余量，上述百分数为质量百分比。本发明解决了合金粉末中非金属相在激光熔覆工艺中由于密度小而在熔池中容易上浮的问题，同时对晶粒尺寸和粒度进行控制。本发明所述合金粉末适于激光熔覆工艺，激光熔覆后润覆层不宜产生裂纹，同时具有良好的抗磨粒磨损性能、抗腐蚀性能和自润滑性能。

Description

一种刮板机溜槽用复合固体自润滑合金粉末及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种激光熔覆用自润滑合金粉末，特别涉及一种刮板机溜槽用复合固体自润滑合金粉末及其制备方法。

背景技术

煤矿刮板输送机溜槽是采煤过程中的一个重要消耗部件，刮板输送机溜槽与刮板及物料之间产生的摩擦、冲击等因素引起溜槽磨损，同时输送物料对溜槽也产生腐蚀。这些因素使得刮板输送机溜槽在正常的输送过程中，由于磨损、腐蚀等原因遭到破坏，这使得刮板机溜槽寿命短，消耗量大，造成大量的资源浪费和低下的生产效率。目前溜槽的再制造是降低采煤成本和能耗的一项主要手段。激光熔覆工艺是目前最具有发展潜力的溜槽再制造工艺。

根据刮板机溜槽再制造的实际要求，低成本、高硬度的铁基合金粉末是最优选择。目前绝大多数激光熔覆工艺沿用热喷涂自熔性合金粉末，因热喷涂和激光熔覆工艺特点不尽相同，因此会导致激光熔覆层开裂敏感性增大。例如:一般热喷涂合金粉末熔点较低，热膨胀系数较高，熔覆层开裂倾向随之增大；热喷涂合金在熔融时有适度的流动性，易于在基材表面均匀摊开形成光滑表面。为此合金从熔化开始到熔化终了具有较大的温度范围。但在激光熔覆时由于冷却速度快，熔覆合金熔化温度区间越大，熔覆层内枝晶偏析越严重，熔覆层的开裂敏感性也越大；与热喷涂相比，激光熔池保持时间较短，一些低熔点化合物如硼硅酸盐来不及浮到熔池表面而残留在涂层内，在冷却过程中形成液态夹渣，易造成熔覆层开裂。加之铁基合金组织中存在的硼化物、碳化物等脆性相也增大了熔覆层的开裂倾向。

刮板机溜槽的磨损主要是由于链条和刮板对溜槽的磨损，在磨损机理分类中属于磨粒磨损。激光熔覆工艺沿用热喷涂自熔性合金粉末时，由于激光熔覆与热喷涂对所用合金粉末性能要求存在较大的差距,导致采用现有热喷涂用自熔合金粉末进行激光熔覆时熔覆层容易产生裂纹，熔覆层硬度要求高时这种现象特别明显，如果为了提高硬度等熔覆层的性能而在自熔合金粉末中加入金属陶瓷颗粒，则由于陶瓷相与熔覆合金及基材的热物性参数相差大,界面容易存在不良反应，更促进了裂纹的产生同时抗磨粒磨损性能较差，严重影响了溜槽的寿命。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种刮板机溜槽用复合固体自润滑合金粉末及其制备方法。旨在提供一种适合于刮板机溜槽特殊工况和激光熔覆工艺的合金粉末，使得溜槽再制造后的耐磨层具有良好的抗磨粒磨损性能、抗腐蚀性能和自润滑性能，极大的提高再制造刮板机溜槽的使用寿命。

本发明的技术方案是：一种刮板机溜槽用复合固体自润滑合金粉末，其特征是：该合金粉末的化学组分为：铬为10％～13％、镍为4％～6％、锰为0.5％～1％、钼为1％～2％、硼为0.5％～1％、硅为0.25％～0.5％、稀土氧化物为1％～3.5％、碳化钨为2％～8％、碳为2％～8％、六方氮化硼为2％～8％，铁余量，上述百分数为质量百分比。

所述合金粉末的粒度不大于76μm。

所述合金粉末的化学组分中的铬元素是以铬粉和高碳铬铁粉两种方式加入，硼元素以硼铁粉方式加入；制备该合金粉末的原料组成是：质量百分比为铬粉：5％～8％，镍粉：4％～6％，锰粉：0.5％～1％，钼粉：1％～2％，硅粉：0.25％～0.5％，高碳铬铁粉：5％～8％，硼铁粉：2％～5％，稀土氧化物粉：1％～3.5％，碳化钨粉：2％～8％，石墨粉：2％～6％；六方氮化硼粉：2％～8％，余量为铁粉。

所述的稀土氧化物的主成分为氧化镧和氧化铈。

所述的一种刮板机溜槽用复合固体自润滑合金粉末的制备方法，其特征是：制备该合金粉末的具体方法是：将配方量的原料混合后在高能球磨机上进行球磨；其球磨工艺为：球为GCr15材质，粒径为10mm，球料重量比为1:1至1:2，转速450转/分，球磨时间为2小时至6小时。

所述的铁粉、铬粉、镍粉、锰粉、钼粉和硅粉粒度不大于74μm，纯度不低于99％；高碳铬铁粉和硼铁粉粒度不大于150μm；石墨粉粒度不大于74μm，纯度不低于99％；稀土氧化物粉和六方氮化硼粉粒度不低于38μm；碳化钨粉粒度不大于500nm。

本发明的优点是：本发明所述合金粉末适于激光熔覆工艺，激光熔覆后润覆层不宜产生裂纹，同时具有良好的抗磨粒磨损性能、抗腐蚀性能和自润滑性能。高能球磨工艺解决了合金粉末中非金属相在激光熔覆工艺中由于密度小而在熔池中容易上浮的问题。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但不作为对本发明的限定。

实施例1

一种刮板机溜槽用复合固体自润滑合金粉末的化学组分为：铬为10％、镍为4％、锰为0.5％、钼为1％、硼为0.5％、硅为0.25％、稀土氧化物为1％、碳化钨为2％、碳为2％、六方氮化硼为2％，铁余量，上述百分数为质量百分比。

实施例2

一种刮板机溜槽用复合固体自润滑合金粉末的化学组分为：铬为11％、镍为5％、锰为0.8％、钼为1.5％、硼为0.8％、硅为0.4％、稀土氧化物为2％、碳化钨为6％、碳为6％、六方氮化硼为6％，铁余量，上述百分数为质量百分比。

实施例3

一种刮板机溜槽用复合固体自润滑合金粉末的化学组分为：铬为13％、镍为6％、锰为1％、钼为2％、硼为1％、硅为0.5％、稀土氧化物为3.5％、碳化钨为8％、碳为8％、六方氮化硼为8％，铁余量，上述百分数为质量百分比。

实施例4

一种刮板机溜槽用复合固体自润滑合金粉末的制备方法是：

(1)按以下质量百分比称取原料：铬粉：5％，镍粉：4％，锰粉：0.5％，钼粉：1％，硅粉：0.25％，高碳铬铁粉：5％，硼铁粉：2％，稀土氧化物粉：1％，碳化钨粉：2％，石墨粉：2％；六方氮化硼粉：2％，余量为铁粉。

上述粉末原料中铁粉、铬粉、镍粉、锰粉、钼粉和硅粉粒度不大于74μm，纯度不低于99％；高碳铬铁粉和硼铁粉粒度不大于150μm；石墨粉粒度不大于74μm，纯度不低于99％；稀土氧化物粉和六方氮化硼粉粒度不低于38μm；碳化钨粉粒度不大于500nm。

其中，该合金粉末的化学组分中的铬元素是以铬粉和高碳铬铁粉两种方式加入，硼元素以硼铁粉方式加入；所述的稀土氧化物的主成分为氧化镧和氧化铈。上述的原料均可以从市场上直接购得。

(2)将上述配方量的原料混合后在高能球磨机上进行球磨；其球磨工艺为：球为GCr15材质，粒径为10mm，球料重量比为1:1至1:2，转速450转/分，球磨时间为2小时至6小时。

实施例5

和实施例4基本相同，不同之处是：按以下质量百分比称取原料：铬粉：6％，镍粉：5％，锰粉：0.8％，钼粉：1.5％，硅粉：0.4％，高碳铬铁粉：6％，硼铁粉：3％，稀土氧化物粉：2％，碳化钨粉：6％，石墨粉：3％；六方氮化硼粉：5％，余量为铁粉。

实施例6

和实施例4基本相同，不同之处是：按以下质量百分比称取原料：铬粉：8％，镍粉：6％，锰粉：1％，钼粉：2％，硅粉：0.5％，高碳铬铁粉：8％，硼铁粉：5％，稀土氧化物粉：3.5％，碳化钨粉：8％，石墨粉：6％；六方氮化硼粉：8％，余量为铁粉。

实施例7

(1)按以下质量百分比称取原料组成为：铬粉：6％，镍粉：5％，锰粉：1％，钼粉：2％，硅粉：0.5％，高碳铬铁粉：6％，硼铁粉：4％，稀土氧化物粉：2％，碳化钨粉：6％，石墨粉：4％；六方氮化硼粉：5％，余量为铁粉。上述粉末原料特征为：铁粉、铬粉、镍粉、锰粉、钼粉和硅粉粒度74μm(-200目)，纯度99.5％；高碳铬铁粉和硼铁粉粒度为150μm(-100目)；石墨粉粒度为44μm(-325目)，纯度99.5％；稀土氧化物和氮化硼粒度为38μm(-400目)；碳化物粒度不大于500nm。

(2)将上述配方原料混合后在高能球磨机上进行球磨。其球磨工艺为：球为GCr15材质，粒径为10mm，球料比(重量比)为1:1，转速,450转/分，球磨时间为3小时。

本发明的技术原理是以铁、铬、镍、锰、钼、硼、硅和高碳铬铁粉为基本原料，通过添加稀土氧化物(ReO)、碳化钨(WC)和金属基自润滑组分石墨(C)和六方氮化硼(BN)赋予低成本铁基合金粉末自润滑性能和高抗磨粒磨损性能，以高能球磨工艺实现非金属组分和金属组分互相机械嵌合、晶粒细化和粒度控制。

添加稀土氧化物可以细化晶粒、提高基体强度和韧性，添加纳米碳化钨可以增加硬度和抗磨粒磨损性能、添加金属基自润滑组分可以赋予自润滑性能以降低摩擦系数和提高抗磨损性能。在高温下稀土氧化物分解出的稀土元素可与液态金属中的硫、磷等有害元素反应，起到除气除渣的作用；稀土还可提高碳在熔池中的溶解度、增高熔化热、抑制碳原子的扩散，从而增加组织的共晶程度；稀土原子易于聚集在晶界处，阻止基体对熔覆层的稀释；此外稀土碳化物和稀土氧化物可充当晶核，这可提高熔覆层的形核率，细化组织。稀土还促进了铬的硼化物和碳化物的析出，提高了组织的硬度。上述作用共同改善了熔覆层的质量，提高了其力学性能。稀土氧化物使得材料硬度与强韧性达到了统一。

赋予材料自润滑性能是解决磨损问题最有效的手段之一。如果在合金粉末中直接添加常用固体润滑剂，激光熔覆过程中由于密度过小上浮至表面，无法均与分布于覆层之内。本发明采用高能球磨方法解决这一工艺难题。高能球磨使得非金属组分和金属组分互相机械嵌合，使得粉末在激光熔覆后保证组织均匀。在摩擦过程分布于覆层内部的石墨和氮化硼会在摩擦表面形成固体润滑膜，使得激光熔覆层具有良好的自润滑性能。铁基合金粉末在激光熔覆过程中原位生成的M₇C₃型碳化物是通用型铁基合金粉末的高硬度耐磨相。添加纳米碳化钨可进一步增加高硬度耐磨相的比例，提升激光熔覆层的抗磨粒磨损性能。

本发明实施例4-7所制备的自润滑合金粉末特征为：(1)粒度不大于76μm。(2)其化学组分均在下述范围内：(质量百分比)铬为10％～13％，镍为4％～6％，锰为0.5％～1％，钼为1％～2％，硼为0.5％～1％，硅为0.25％～0.5％，稀土氧化物为1％～3.5％，碳化钨为2％～8％，碳为2％～8％，六方氮化硼为2％～8％，铁余量。

上述所有实施例所述粉末，采用激光熔覆工艺可以使涂层有如下性能：与基材呈冶金结合；结合强度＞350MPa；硬度为45～58HRC；组织致密无气孔；摩擦系数为0.22-0.35；磨损率小于1×10^-5mm³/(Nm)。

本发明所述自润滑合金粉末是针对溜槽的再制造而设计和发明的，但不限于仅用在溜槽的再制造中。

本实施例没有详细叙述的工艺属本行业的公知常用手段，这里不一一叙述。

Claims

1.一种刮板机溜槽用复合固体自润滑合金粉末，其特征是：该合金粉末的化学组分为：铬为10％～13％、镍为4％～6％、锰为0.5％～1％、钼为1％～2％、硼为0.5％～1％、硅为0.25％～0.5％、稀土氧化物为1％～3.5％、碳化钨为2％～8％、碳为2％～8％、六方氮化硼为2％～8％，铁余量，上述百分数为质量百分比。

2.根据权利要求1所述的一种刮板机溜槽用复合固体自润滑合金粉末，其特征是：所述合金粉末的粒度不大于76μm。

3.根据权利要求1所述的一种刮板机溜槽用复合固体自润滑合金粉末的制备方法，其特征是：所述合金粉末的化学组分中的铬元素是以铬粉和高碳铬铁粉两种方式加入，硼元素以硼铁粉方式加入；制备该合金粉末的原料组成是：质量百分比为铬粉：5％～8％，镍粉：4％～6％，锰粉：0.5％～1％，钼粉：1％～2％，硅粉：0.25％～0.5％，高碳铬铁粉：5％～8％，硼铁粉：2％～5％，稀土氧化物粉：1％～3.5％，碳化钨粉：2％～8％，石墨粉：2％～6％；六方氮化硼粉：2％～8％，余量为铁粉。

4.根据权利要求1所述的一种刮板机溜槽用复合固体自润滑合金粉末，其特征是：所述的稀土氧化物的主成分为氧化镧和氧化铈。

5.根据权利要求3所述的一种刮板机溜槽用复合固体自润滑合金粉末的制备方法，其特征是：制备该合金粉末的具体方法是：将配方量的原料混合后在高能球磨机上进行球磨；其球磨工艺为：球为GCr15材质，粒径为10mm，球料重量比为1:1至1:2，转速450转/分，球磨时间为2小时至6小时。

6.根据权利要求3所述的一种刮板机溜槽用复合固体自润滑合金粉末的制备方法，其特征是：所述的铁粉、铬粉、镍粉、锰粉、钼粉和硅粉粒度不大于74μm，纯度不低于99％；高碳铬铁粉和硼铁粉粒度不大于150μm；石墨粉粒度不大于74μm，纯度不低于99％；稀土氧化物粉和六方氮化硼粉粒度不低于38μm；碳化钨粉粒度不大于500nm。