CN106077618A - 用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料及其应用，所述用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料按重量百分比计各组分为C 2.0%~3.0%、B 3.0%~4.0%、Si 2.5%~3.5%、Ni 18%~20%、Cr 16%~18%、Ce 0.3%~0.5%、Fe余量。本发明添加稀土元素，提高合金性能，降低贵重金属的含量，从而降低合金成本，稀土的添加使涂层组织中的硬质相分布均匀，与基体的结合力增强，阻碍了磨粒磨损过程中的剥落，提高了耐磨粒磨损性能；解决了一些大型设备和关键部件的表面保护和工件修复，节约了成本，创造了经济效益。
Description
技术领域
本发明属于镍铬铁合金粉末技术领域，尤其涉及一种用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料及其应用。
背景技术
目前，Ni基、Co基和Fe基等自熔性合金涂层被广泛应用于材料表面保护及工件修复，特别是在大型进口设备的维修及关键部件的替代方面，如石油钻采设备泥浆泵的缸套、水电厂水轮机转轮、火电厂磨煤机衬板、大型抽水泵的主轴、机械行业中各种螺旋输送装置和推进器的耐磨件等，具有明显的经济效益和社会效益。Ni基自熔性合金具有优良的耐磨、耐蚀、耐热和抗氧化性能，因而Ni基合金应用更加广泛。但由于其中贵重金属镍含量较高，因而，其成本较高。Ni基自熔性合金涂层组织在磨粒磨损过程中硬质相容易剥落，造成磨损加剧，从而导致耐磨粒磨损性能下降。
现有镍基合金贵重金属镍含量较高、成本较高，以及Ni基合金涂层组织在磨粒磨损过程中硬质相容易剥落，造成磨损加剧。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料及其应用，旨在解决现有镍基合金贵重金属镍含量较高、成本较高，以及Ni基合金涂层组织在磨粒磨损过程中硬质相容易剥落，造成磨损加剧的问题。
本发明是这样实现的，一种用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料，所述用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料按重量百分比计各组分为C 2.0%~3.0%、B 3.0%~4.0%、Si 2.5%~3.5%、Ni 18%~20%、Cr 16%~18%、Ce 0.3%~0.5%、Fe余量。
进一步，所述用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料粒度为40μm ~95μm；松散密度为4.18g/cm3，流动性为17.6s/50g；氧量低为0.02%~0.08%，硬度为HRC58~62。
本发明的另一目的在于提供一种利用所述用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料的耐磨涂层的制备方法，所述耐磨涂层的制备方法包括以下步骤：
步骤一，钢丝刷浸蘸丙酮或汽油清洗基材表面，基材45#钢表面进行喷砂粗化；
步骤二，加入少量的有机粘结剂，粘结剂的质量分数(w)为15%，合金粉体均匀混合，涂敷在工件基体上，然后经过干燥后，形成合金粉体薄壳；
步骤三， SPH-F2000型氧-乙炔焰喷熔炬，进行重熔工艺，重熔温度为1100℃，喷熔层厚度为0.8~1.2mm，喷熔层与45#钢的界面为冶金结合。
进一步，所述喷砂所用的磨料为粒度为20-40目的刚玉砂；喷砂后基材表面粗糙度达到 Ra40-80μm。
进一步，所述干燥采用马夫炉加热180℃，加热时间为40min。
进一步，所述耐磨涂层由γ-(Fe,Ni)、Cr23C6、(Fe,Ni) 23C6、CrB、Ni4B3组成。
本发明的另一目的在于提供一种涂有所述用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料的石油钻采设备泥浆泵缸套。
本发明的另一目的在于提供一种涂有所述用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料的水电厂水轮机转轮。
本发明的另一目的在于提供一种涂有所述用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料的抽水泵主轴。
本发明的另一目的在于提供一种涂有所述用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料的螺旋输送装置和推进器耐磨件。
本发明提供的用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料及其应用，微量RE元素可降低材料中的有害杂质，如P、S、O、H等，有清渣排气的作用、能净化晶界、细化晶粒、强化固溶体，可形成新的强化相，提高材料的综合性能，改善材料的耐热性、耐腐蚀、抗氧化等方面的性能。本发明采用热喷熔方法，实现该种合金与母体材料的粘合，采用先进的材料分析手段研究稀土对合金组织作用机理和与母体材料的结合界面作用机制，同时采用重熔处理技术，优化合金涂层制备工艺；由于添加稀土元素，提高合金性能，降低贵重金属的含量，从而降低合金成本，稀土的添加使涂层组织中的硬质相分布均匀，与基体的结合力增强，不加稀土喷熔层的结合强度约为39.2MPa，加入了稀土后喷熔层的结合强度约为53.5MPa，提高了结合强度，，阻碍了磨粒磨损过程中的剥落，提高了耐磨粒磨损性能，解决一些大型设备和关键部件的表面保护和工件修复，节约成本，创造经济效益；与传统的Ni60合金相比,镍的含量为Ni 40%左右，而本发明镍的含量为Ni 18%~20%，降低了贵重金属的含量。
附图说明
图1是本发明实施例提供的用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料的耐磨涂层制备方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
本发明实施例的用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料按重量百分比计各组分为C 2.0%~3.0%、B 3.0%~4.0%、Si 2.5%~3.5%、Ni 18%~20%、Cr 16%~18%、Ce 0.3%~0.5%、Fe余量。
本发明实施例的用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料粒度范围为40μm ~95μm；松散密度为4.18g/cm3，流动性为17.6s/50g；氧量低为0.02%~0.08%，硬度为HRC58~62。
本发明实施例的用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料应用为耐磨涂层的制备；如图1所示，本发明实施例的耐磨涂层的制备方法包括以下步骤：
S101：基材表面预处理，用钢丝刷浸蘸丙酮或汽油清洗基材表面，去除油污及锈斑，使表面清洁无污物；对基材45#钢表面进行喷砂粗化；
S102：加入少量的有机粘结剂，将合金粉体均匀混合，涂敷在工件基体上，然后经过干燥后（采用马夫炉加热、自然风干或红外线加热方法），形成具有一定强度的合金粉体薄壳；
S103：然后用SPH-F2000型氧-乙炔焰喷熔炬，进行重熔工艺，重熔温度为1100℃，喷熔层厚度为0.8~1.2mm，喷熔层与45#钢的界面为冶金结合。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。
实施例1
本发明的实施例首先根据已确定的合金的化学成分来进行配料，将配好的料在感应炉中熔化成金属液，并对其进行必要的精炼处理，得到合格的金属液。通过雾化法制备出合金粉末，对该粉末经沉淀、烘干、筛粉，检验工序得到合格的粉体材料。
采用上海喷涂机械厂生产的SPH-F2000型氧-乙炔焰喷熔炬。用喷熔方法将合金粉末均匀涂覆于经清洗、除油和喷砂（20-40目的刚玉砂）处理后的45#钢试样端面，喷熔层厚度为0.8~1.2mm，喷熔层与45#钢的界面为冶金结合。
喷熔的工艺流程主要包括：基材表面预处理和喷焊。
1. 基材表面预处理
喷熔层要与基材结合良好，基材表面必须是清洁的，并要有一定的粗糙度，
因此 在喷焊之前基材的喷涂表面必须经过净化和粗化加工处理使表面清洁、粗糙及修整成适当形状，表面制备在喷焊层制备工艺过程中很重要，其处理质量直接影响到喷熔层质量，其过程大致如下：
（1）用钢丝刷浸蘸丙酮或汽油清洗基材表面，去除油污及锈斑，使表面清洁无污物。
（2）喷砂粗化处理
对基材45#钢表面进行喷砂粗化，目的是使净化的基材表面形成均匀的凸凹不平的粗糙面，并控制到所要求的粗糙度，经过粗化处理的表面才能和喷熔层产生良好的机械结合，正确的粗化处理能起到以下作用：使涂层对基材产生压应力，使打底喷涂层中变形的扁平状粒子与基材表面互相嵌合，增大涂层与基材结合的面积 减少涂层的残余应力，使基材表面增加晶体缺陷，促使表面活化 有助于喷涂层与基材的物理、化学结合。
根据国标 GB11373-89 的要求，喷砂所用的磨料为粒度为20-40目的刚玉砂，利用清洁干燥的压缩空气（0.6~0.8MPa），借助射吸式装置对基材表面实施粗化及净化处理，直至基材呈灰白色的金属外观和均匀的粗化面，喷后基材表面粗糙度达到 Ra40-80μm且干燥、无灰尘、无油污、无氧化皮和无锈迹。
2. 喷熔（喷焊）
加入少量的有机粘结剂，将合金粉体均匀混合，涂敷在工件基体上，然后经过干燥后（采用马夫炉加热、自然风干或红外线加热方法），形成具有一定强度的合金粉体薄壳，然后用SPH-F2000型氧-乙炔焰喷熔炬，进行重熔工艺，重熔温度为1100℃，喷熔层厚度为0.8~1.2mm，喷熔层与45#钢的界面为冶金结合。
涂层组织主要由γ-(Fe,Ni)、Cr23C6、(Fe,Ni) 23C6、CrB和Ni4B3组成。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料，其特征在于，所述用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料按重量百分比计各组分为C 2.0%~3.0%、B 3.0%~4.0%、Si 2.5%~3.5%、Ni 18%~20%、Cr 16%~18%、Ce 0.3%~0.5%、Fe余量。
2.如权利要求1所述的用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料，其特征在于，所述用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料粒度为40μm ~95μm；松散密度为4.18g/cm3，流动性为17.6s/50g；氧量低为0.02%~0.08%，硬度为HRC58~62。
3.一种利用权利要求1所述用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料的耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述耐磨涂层的制备方法包括以下步骤：
步骤一，钢丝刷浸蘸丙酮或汽油清洗基材表面，基材45#钢表面进行喷砂粗化；
步骤二，加入粘结剂，质量分数为15%的有机粘结剂，将合金粉体均匀混合，涂敷在工件基体上，然后经过干燥后，形成合金粉体薄壳；
步骤三，SPH-F2000型氧-乙炔焰喷熔炬，进行重熔工艺，重熔温度为1100℃，喷熔层厚度为0.8~1.2mm，喷熔层与45#钢的界面为冶金结合。
4.如权利要求3所述的耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述喷砂所用的磨料为粒度为20-40目的刚玉砂；喷砂后基材表面粗糙度达到 Ra40-80μm。
5.如权利要求3所述的耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述干燥采用马夫炉加热180℃，加热时间为40min。
6.如权利要求3所述的耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述耐磨涂层由γ-(Fe,Ni)、Cr23C6、(Fe,Ni) 23C6、CrB、Ni4B3组成。
7.一种涂有权利要求1或2所述用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料的石油钻采设备泥浆泵缸套。
8.一种涂有权利要求1或2所述用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料的水电厂水轮机转轮。
9.一种涂有权利要求1或2所述用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料的抽水泵主轴。
10.一种涂有权利要求1或2所述用于耐磨粒磨损的含稀土的镍铬铁合金粉末材料的螺旋输送装置和推进器耐磨件。
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