CN106245025A - 一种氩弧熔覆用高硬度耐磨合金粉末 - Google Patents

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Abstract

本发明属于材料技术领域，本发明公开了一种氩弧熔覆用高硬度耐磨合金粉末，其由铬元素、硼元素、硅元素、碳元素和铁元素组成，其中铬元素20～30％、硼元素8～16％、硅元素1.0～2.0％、碳元素2.6～4.0％、余量为铁元素和杂质。本发明合金粉末经氩弧熔覆后，涂层表面均匀，无裂纹，无脱落掉块；本发明合金粉末具有较高的硬度，自身抗磨性很好。

Description

一种氩弧熔覆用高硬度耐磨合金粉末
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及金属构件表面高硬度耐磨强化的一种合金粉末，特别涉及一种氩弧熔覆用高硬度耐磨合金粉末。
背景技术
现代工业技术飞快发展，科技不断进步，在制造及加工生产行业中人们对于材料使用性能的要求也越来越高。机械零部件经常在酸性、磨损的条件下运转，容易发生破坏和失效。在大型机械的运转过程中，其中只要有一个小零件的表面损坏就有可能造成整个机械停止运行，导致大量损失。故对机械零部件以及材料表面的强化改性处理就显得非常有必要。表面熔覆技术可以获得所熔覆材料的优秀性能，通过对零件表面进行预熔覆处理，不仅能修复零件表面的磨损，还能延长机械零部件的使用寿命，降低了生产加工成本。
表面熔覆技术可以强化材料的表面性能，增加零件的使用寿命，并且投资相对较低，逐渐受到研究人员的重视。因为生产中所用材料大部分是钢铁材料，材料的表面性能尤为重要，为保证熔覆层与基体呈冶金结合，因此对于铁基熔覆层的研究具有重大意义。氩弧熔覆技术相比其它表面熔覆技术而言，具有成本低、操作简单等优势，另外在保护性气体氩气中，熔池当中的化学成分因为烧损和氧化而造成的损耗也比较少，可以获得结合良好的熔覆层，而且其应用范围涵盖了许多金属。
生产活动中所用的材料的磨损、腐蚀、开裂等失效形式大多从表面开始，因此对于材料表面的保护及改性处理具有很大的工程经济价值及应用价值。作为一种新型的表面冶金技术，通过结合复合材料以及表面涂层的一些优势，使得其在表面改性方面占得了一席之地。一般而言，将合金或粉末在材料表层预先涂制，接着通过一定的加热方式使其在基材表层熔化，并发生一系列的物理和化学反应，从而获得牢固结合、具有优良性能的表面冶金涂层。其综合了表面涂层和复合材料的优势，结合了基体和涂复层材料的性能，整体性能得到了极大的改善。
目前熔覆技术所采用的合金粉末主要是热喷涂、等离子喷涂和激光熔覆，这些要么耐磨层结合力非完全冶金结合，要么需要昂贵的设备。本发明所采用的设备是普通氩弧焊机，粉末也是成本较低的合金粉末。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供了一种WC/Fe基氩弧熔覆合金粉末。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种氩弧熔覆合金粉末，其由铬元素、硼元素、硅元素、碳元素和铁元素组成，其中铬元素Cr 20～30％、硼元素B 8～16％、硅元素Si 1.0～2.0％、碳元素C 2.6～4.0％、余量为铁元素Fe和杂质。
优选地，该氩弧熔覆用合金粉末，其中所述的铬元素和碳元素以高碳铬铁粉的形式添加。
优选地，高碳铬铁粉中的铬含量为52％-72％，碳含量为6％-10％，余量为铁和杂质；
优选地，所述的硅元素是以硅铁粉的形式添加。
优选地，硅铁粉中的硅含量为40％-80％，余量为铁和杂质；
优选地，所述的硼元素是以硼铁粉的形式添加。
优选地，硼铁粉中的硼含量为19％-25％，余量为铁和杂质。
各粉末原材料粒度在80～200目之间。
本发明的氩弧熔覆用合金粉末的进行氩弧熔覆的工艺，包括如下步骤
(1)按比例称量各粉末原料，将混合合金粉倒入研钵中，研磨至合金粉末均匀，或采用球磨机球磨2～8分钟，添加少许水玻璃作为粘结剂，湿混该合金粉末，均匀地涂覆在预置块表面，使其自然阴干处24小时，然后放入烘干箱中，升温至100～150℃，烘干2～4h；
(2)设置氩弧焊机，调节熔覆电流为120A，氩气流量为8-12L/min，速度为120mm/min；
(3)熔覆完成后，对涂层进行相关检测，包括表面状况、硬度测试和显微组织观察。
熔覆完成后，表面状况良好，无裂纹、无肉眼可见气孔，成形较好。
熔覆对基材硬度改变不明显，但熔覆层硬度变化较大。硬度从基材-界面结合处-熔覆层，其硬度提升都较为平稳，即表面熔覆层硬度最高，在上述工艺条件下，本发明的粉末成分配方，其表面硬度在900-2000HV之间。
金相检验中发现：熔覆层与基体之间为冶金结合，组织均匀致密、无裂纹、无气孔等缺陷。基材与熔覆层交界处晶粒生长呈平面状，形成平面生长的晶区，而后以柱状晶或胞状晶形态生长，距离熔合线较远处以等轴晶形式存在。
与现有技术相比，本发明氩弧熔覆用合金粉末具有较好的综合性能，这体现在以下几个方面:
1、本发明的合金粉末采用氩弧熔覆的方法，对基体材料进行表面改性。该粉末熔覆后的涂层与基体结合牢固，熔覆层组织均匀，熔覆层硬度为基体的5-9倍，其抗磨粒磨损性能良好。同时，熔覆粉末中含有较高铬，使得熔覆层耐腐蚀性能亦良好。
2、本发明的合金粉末具有较高的硬度:由于Cr,B,C,Si等合金元素加入量较大，硬质合金化合物数量多，硬度高，自身抗磨性很好。
3、本发明的合金粉末在生产实施中具有良好的工艺性:本发明合金粉末经氩弧熔覆后，涂层表面均匀，无裂纹，无脱落掉块。
4、由于本发明的氩弧熔覆用合金粉末除铁粉外没有使用纯铁合金粉末，而是由价格低的高碳铬铁、硅铁、硼铁组成，所以成本低，性价比高，使用广泛，可用于修复耐磨件，以及其它一些需要耐磨和减磨的金属机构件的表面耐磨强化。
5、本发明采用的熔覆工艺方法是氩弧熔覆，设备为普通氩弧焊机，而非昂贵的激光和等离子设备，所以成本低，易于广泛应用，亦可用于现场熔覆修复耐磨件以及金属构件的表面耐磨强化。
附图说明
图1是本发明实例1的金相照片，放大倍数100倍；
图2是本发明实例2的金相照片，放大倍数400倍；
图3是本发明实例3的金相照片，放大倍数400倍；
图4是本发明实例4的金相照片，放大倍数200倍；
图5是本发明实例5的金相照片，放大倍数400倍。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。一下各例中以Q235钢为基体材料。
实施例1
氩弧熔覆用合金粉末，按质量百分比计，其组成配比为：铬20％，硼8％，硅1％，碳2.6％，余量为铁及不可避免的杂质。
按上述合金元素含量计算出高碳铬铁、硅铁、硼铁和还原铁粉的含量配方，称量粉末，将混合合金粉末原料倒入研钵中，研磨至合金粉末均匀，添加少许水玻璃作为粘结剂，湿混该合金粉末，均匀地涂覆在预置块表面，使其自然阴干处24小时，然后放入烘干箱中，升温至100～150℃，烘干2～4h；设置氩弧焊机进行熔覆，调节熔覆电流为120A，氩气流量为8L/min，速度为120mm/min；熔覆完成后，对涂层进行相关检测。
实施例2
氩弧熔覆用合金粉末，按质量百分比计，其组成配比为：铬20％，硼16％，硅2％，碳4％，余量为铁及不可避免的杂质。
按上述合金元素含量计算出高碳铬铁、硅铁、硼铁和还原铁粉的含量配方，称量粉末，将混合合金粉末原料采用球磨机球磨2～8分钟，添加少许水玻璃作为粘结剂，湿混该合金粉末，均匀地涂覆在预置块表面，使其自然阴干处24小时，然后放入烘干箱中，升温至100～150℃，烘干2～4h；设置氩弧焊机进行熔覆，调节熔覆电流为120A，氩气流量为12L/min，速度为120mm/min；熔覆完成后，对其表面稍作打磨后，对涂层进行相关检测。
实施例3
氩弧熔覆用合金粉末，按质量百分比计，其组成配比为：铬25％，硼8％，硅2％，碳3.3％，余量为铁及不可避免的杂质。
按上述合金元素含量计算出高碳铬铁、硅铁、硼铁和还原铁粉的含量配方，称量粉末，将混合合金粉末原料倒入研钵中，研磨至合金粉末均匀，添加少许水玻璃作为粘结剂，湿混该合金粉末，均匀地涂覆在预置块表面，使其自然阴干处24小时，然后放入烘干箱中，升温至100～150℃，烘干2～4h；设置氩弧焊机进行熔覆，调节熔覆电流为120A，氩气流量为8L/min，速度为120mm/min；熔覆完成后，对涂层进行相关检测。
实施例4
氩弧熔覆用合金粉末，按质量百分比计，其组成配比为：铬25％，硼12％，硅1％，碳4％，余量为铁及不可避免的杂质。
按上述合金元素含量计算出高碳铬铁、硅铁、硼铁和还原铁粉的含量配方，称量粉末，将混合合金粉末采用球磨机球磨2～8分钟，添加少许水玻璃作为粘结剂，湿混该合金粉末，均匀地涂覆在预置块表面，使其自然阴干处24小时，然后放入烘干箱中，升温至100～150℃，烘干2～4h；设置氩弧焊机进行熔覆，调节熔覆电流为120A，氩气流量为12L/min，速度为120mm/min；熔覆完成后，对其表面稍作打磨后，对涂层进行相关检测。
实施例5
氩弧熔覆用合金粉末，按质量百分比计，其组成配比为：铬30％，硼16％，硅1％，碳3.3％，余量为铁及不可避免的杂质。
按上述合金元素含量计算出高碳铬铁、硅铁、硼铁和还原铁粉的含量配方，称量粉末，将混合合金粉末采用球磨机球磨2～8分钟，添加少许水玻璃作为粘结剂，湿混该合金粉末，均匀地涂覆在预置块表面，使其自然阴干处24小时，然后放入烘干箱中，升温至100～150℃，烘干2～4h；设置氩弧焊机进行熔覆，调节熔覆电流为120A，氩气流量为12L/min，速度为120mm/min；熔覆完成后，对其表面稍作打磨后，对涂层进行相关检测。
以上实施例的硬度测试结果如下：
实施例 1 2 3 4 5
硬度/HV0.2 1344.5 1124.3 1772.4 988.7 1926.2
本发明的熔覆粉末可以用于冶金、矿山、石油和化工等领域耐磨损、耐腐蚀件的制造和修复，能够有效提高零部件的使用寿命。同时该熔覆粉末相比同类产品，所使用合金粉末价格较低廉，所采用的工艺方案成本亦较低，同时亦因使用设备为普通氩弧焊机，使得其适用范围更广，具有良好的开发应用前景。
上述实例只为说明本发明的技术构思及点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种氩弧熔覆用高硬度耐磨合金粉末，其特征在于，其由铬元素、硼元素、硅元素、碳元素和铁元素组成，其中铬元素20～30％、硼元素8～16％、硅元素1.0～2.0％、碳元素2.6～4.0％、余量为铁元素和杂质。
2.根据权利要求1的氩弧熔覆用高硬度耐磨合金粉末，其特征在于，所述的铬元素和碳元素以高碳铬铁粉的形式添加，其中，高碳铬铁粉中的铬含量为52％-72％，碳含量为6％-10％，余量为铁和杂质。
3.根据权利要求1的氩弧熔覆用高硬度耐磨合金粉末，其特征在于，所述的硅元素是以硅铁粉的形式添加，其中，硅铁粉中的硅含量为40％-80％，余量为铁和杂质。
4.根据权利要求1的氩弧熔覆用高硬度耐磨合金粉末，其特征在于，所述的硼元素是以硼铁粉的形式添加，其中，硼铁粉中的硼含量为19％-25％，余量为铁和杂质。
5.根据权利要求2-4任一项所述的氩弧熔覆用高硬度耐磨合金粉末，其特征在于，各粉末原材料粒度在80～200目之间。
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