CN106435276A - 一种搅拌头改性用石墨烯增强镍基合金粉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及搅拌摩擦焊接技术领域，公开了一种搅拌头改性用石墨烯增强镍基合金粉。合金粉由以下重量百分比的原料组成：1～8wt％V、0.1～1.0wt％Sr、0.1～3wt％In、3～8wt％Al、3～8wt％Ti、1～5wt％Co、1～5wt％Mo、0.01～0.5wt％B、0.05～0.5wt％Er、0.5～5wt％石墨烯、余量为Ni。本发明的合金粉对搅拌摩擦焊接机搅拌头的搅拌针进行表面处理后，能够显著提高搅拌针在室温和高温下的耐磨损性能，从而延长搅拌头的使用寿命，提高企业生产效率，降低企业生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及搅拌摩擦焊接技术领域，尤其涉及一种搅拌头改性用石墨烯增强镍基合金粉。
背景技术
搅拌头是搅拌摩擦焊技术的关键，被誉为搅拌摩擦焊的心脏。搅拌头的好坏不仅决定了搅拌摩擦焊接头的性能，而且决定着搅拌摩擦焊的生产成本。搅拌头由轴肩、夹持部分和搅拌针组成。在搅拌摩擦焊过程中，搅拌针要旋转着插入被焊材料的结合界面处，并在一定速度下沿着焊缝前进。因此，在搅拌摩擦焊时搅拌针的工作环境较为恶劣，对耐磨损性能，尤其是高温耐磨损性能要求高。
表面处理是提高搅拌头的搅拌针耐磨损性能的有效途径。
申请号为CN201510485188.8的中国发明专利公开了一种提高铜合金表面性能的方法和装置，其实质就是先对铜合金表面进行真空加热，然后通过搅拌摩擦加工表面技术对加热后的铜合金表面进行搅拌挤压表面，形成一层硬化层以提高铜合金表面性能，同时通过特制的搅拌头实现搅拌加铣削复合加工方法，既保证了表面的加工质量又大大提高了加工效率。最后将表面加工后的工件放到研磨机构上进行磨削加工，获得较光整的铜合金表面。所述搅拌头上设有刀片，刀片表面设有耐磨损材料层，主要成分为：铁20-30％，钛10-15％，钴5-10％，钨40-60％，钒5-10％，镍10-25％和微量稀土元素1％。
但是上述耐磨损材料层是设有刀片上的，并不是用于搅拌摩擦焊接机搅拌头的搅拌针表面处理用的。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种搅拌头改性用石墨烯增强镍基合金粉。本发明的合金粉对搅拌摩擦焊接机搅拌头的搅拌针进行表面处理后，能够显著提高搅拌针在室温和高温下的耐磨损性能，从而延长搅拌头的使用寿命，提高企业生产效率，降低企业生产成本。
本发明的具体技术方案为：一种搅拌头改性用石墨烯增强镍基合金粉，由以下重量百分比的原料组成：1～8wt％V、0.1～1.0wt％Sr、0.1～3wt％In、3～8wt％Al、3～8wt％Ti、1～5wt％Co、1～5wt％Mo、0.01～0.5wt％B、0.05～0.5wt％Er、0.5～5wt％石墨烯、余量为Ni。
本发明对合金粉中各元素的含量进行了严格调控，使用前将石墨烯增强镍基合金粉各组份混合均匀，可采用超声振动、机械球磨等方式，使石墨烯均匀分散在合金粉中，以提高激光熔敷涂层的改性效果。用该合金粉通过激光熔敷的方式对搅拌头的搅拌针进行表面处理后，能够显著提高搅拌针在室温和高温下的耐磨损性能，从而延长搅拌头的使用寿命。其中，在合金粉中：
钒(V)的主要作用是提高表面处理涂层的强度、韧性和耐磨损性能。
锶(Sr)的主要作用是提高表面处理涂层的高温抗氧化性能，增强搅拌头的高温耐磨损性能。
铟(In)的主要作用是改善表面处理涂层的韧性。
铝(Al)和钛(Ti)的主要作用是形成金属间化合物，实现沉淀强化。
钴(Co)的主要作用是实现晶界强化。
钼(Mo)的主要作用是使表面处理涂层在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力。
硼(B)的主要作用是一方面作为脱氧剂和自熔剂，增加润湿性，另一方面通过固熔强化和弥散强化提高表面处理涂层的硬度和耐磨性。
铒(Er)的主要作用是改善表面处理涂层的韧性和耐磨损性能。石墨烯的主要作用是提高熔覆层的耐磨损性能。
作为优选，上述搅拌头改性用石墨烯增强镍基合金粉由以下重量百分比的原料组成：1.5～7.5wt％V、0.2～0.9wt％Sr、0.3～2.8wt％In、3.5～7.5wt％Al、3.5～7.5wt％Ti、1.5～4.5wt％Co、1.5～4.5wt％Mo、0.03～0.45wt％B、0.1～0.45wt％Er、0.8～4.8wt％石墨烯、余量为Ni。
作为进一步优选，上述搅拌头改性用石墨烯增强镍基合金粉由以下重量百分比的原料组成：1.8～7.2wt％V、0.25～0.85wt％Sr、0.35～2.65wt％In、4～7wt％Al、4～7wt％Ti、1.8～4.2wt％Co、1.8～4.2wt％Mo、0.05～0.42wt％B、0.15～0.4wt％Er、0.85～4.2wt％石墨烯、余量为Ni。
作为优选，所述合金粉所述进行表面处理的搅拌头由热作模具钢、钨铼合金、高速钢组成。
作为优选，所述合金粉通过激光熔敷的方式对搅拌头的搅拌针进行表面处理。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：本发明的合金粉对搅拌摩擦焊接机搅拌头的搅拌针进行表面处理后，能够显著提高搅拌针在室温和高温下的耐磨损性能，从而延长搅拌头的使用寿命，提高企业生产效率，降低企业生产成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
一种搅拌头改性用石墨烯增强镍基合金粉，由以下重量百分比的原料组成：4.5wt％V、0.55wt％Sr、1.55wt％In、5.5wt％Al、5.5wt％Ti、3wt％Co、3wt％Mo、0.25wt％B、0.25wt％Er、2.8wt％石墨烯、余量为Ni。
实施例2
一种搅拌头改性用石墨烯增强镍基合金粉，由以下重量百分比的原料组成：1wt％V、1.0wt％Sr、0.1wt％In、8wt％Al、3wt％Ti、5wt％Co、1wt％Mo、0.5wt％B、0.05wt％Er、5wt％石墨烯、余量为Ni。
实施例3
一种搅拌头改性用石墨烯增强镍基合金粉，由以下重量百分比的原料组成：8wt％V、0.1wt％Sr、3wt％In、3wt％Al、8wt％Ti、1wt％Co、5wt％Mo、0.01wt％B、0.5wt％Er、0.5wt％石墨烯、余量为Ni。
实施例4
一种搅拌头改性用石墨烯增强镍基合金粉，由以下重量百分比的原料组成：4.8wt％V、0.5wt％Sr、1.85wt％In、5.8wt％Al、5.6wt％Ti、3.2wt％Co、3.2wt％Mo、0.28wt％B、0.31wt％Er、3wt％石墨烯、余量为Ni。
实施例5
一种搅拌头改性用石墨烯增强镍基合金粉，由以下重量百分比的原料组成：4.2wt％V、0.45wt％Sr、1.5wt％In、6.2wt％Al、4.9wt％Ti、2.9wt％Co、2.8wt％Mo、0.35wt％B、0.28wt％Er、2.1wt％石墨烯、余量为Ni。
实施例6
一种搅拌头改性用石墨烯增强镍基合金粉，由以下重量百分比的原料组成：3.3wt％V、0.6wt％Sr、1.8wt％In、5.2wt％Al、6wt％Ti、3.1wt％Co、3wt％Mo、0.31wt％B、0.3wt％Er、1.8wt％石墨烯、余量为Ni。
将实施例1-6的一种搅拌头改性用石墨烯增强镍基合金粉对H13钢搅拌头的搅拌针进行激光熔敷表面处理，然后进行性能检测。激光熔敷在HUST-JKR5170型激光加工系统上进行，主要的工艺参数为：光斑直径1.5mm、气体流量14L/min、搭接率36％、激光功率2.5kW、扫描速度5mm/s。分别经过实施例1-6的合金粉激光熔敷处理的搅拌针，与激光熔敷处理前的搅拌针，在同一摩擦磨损试验机上分别进行25℃室温和500℃高温摩擦磨损试验。摩擦磨损试验的主要参数：磨损转速2000r/min，磨损时间15min，相对滑动速度90mm/min，对磨材料为搅拌针本体材料，干磨。试验数据对比结果如表所示：
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (5)
1.一种搅拌头改性用石墨烯增强镍基合金粉，其特征在于由以下重量百分比的原料组成：1～8wt％V、0.1～1.0wt％Sr、0.1～3wt％In、3～8wt％Al、3～8wt％Ti、1～5wt％Co、1～5wt％Mo、0.01～0.5wt％B、0.05～0.5wt％Er、0.5～5wt％石墨烯、余量为Ni。
2.如权利要求1所述的一种搅拌头改性用石墨烯增强镍基合金粉，其特征在于由以下重量百分比的原料组成：1.5～7.5wt％V、0.2～0.9wt％Sr、0.3～2.8wt％In、3.5～7.5wt％Al、3.5～7.5wt％Ti、1.5～4.5wt％Co、1.5～4.5wt％Mo、0.03～0.45wt％B、0.1～0.45wt％Er、0.8～4.8wt％石墨烯、余量为Ni。
3.如权利要求2所述的一种搅拌头改性用石墨烯增强镍基合金粉，其特征在于由以下重量百分比的原料组成：1.8～7.2wt％V、0.25～0.85wt％Sr、0.35～2.65wt％In、4～7wt％Al、4～7wt％Ti、1.8～4.2wt％Co、1.8～4.2wt％Mo、0.05～0.42wt％B、0.15～0.4wt％Er、0.85～4.2wt％石墨烯、余量为Ni。
4.如权利要求1所述的一种搅拌头改性用石墨烯增强镍基合金粉，其特征在于，所述合金粉所述进行表面处理的搅拌头由热作模具钢、钨铼合金、高速钢组成。
5.如权利要求1所述的一种搅拌头改性用石墨烯增强镍基合金粉，其特征在于，所述合金粉通过激光熔敷的方式对搅拌头的搅拌针进行表面处理。
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