CN110106417B - 一种用于表面修复强化的材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种用于表面修复强化的材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于表面修复强化的材料，按质量百分数计，包括以下组分：Cr 4‑25％，Ni 3‑20％，Mo 1‑6％，Co 8‑25％，Fe 2‑8％，稀土元素0.05‑2.5％，W余量。所述稀土元素包括Gd、Pr、La、Nd、Y中的至少2种。另外，本发明还提供所述材料的制备方法和应用。本发明所述产品用于修复强化金属零部件，使得金属零部件修复强化后更加牢固、修复处无孔隙、无裂纹，避免修复强化脱落、断裂等安全隐患。另外，修复强化后的金属零部件超硬耐磨、耐腐蚀、耐高温。从而提高金属零部件的使用寿命，经济效果显著。本发明所述制备方法过程简单，适合工业生产。

Description

一种用于表面修复强化的材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于材料领域，特别涉及一种用于表面修复强化的材料及其制备方法和应用。
背景技术
各种机械设备运行过程中，各零部件，特别是高速运转的金属零部件，由于摩擦、冲击等原因，会出现磨损、破损、蚀损等问题，最终会导致零部件经常更换，甚至导致整个设备报废。大大降低生产效率，增加生产成本。而且报废的零部件或设备也不利于环境及节约资源。
现有技术中通常采用的金属零部件表面的修复强化方法是采用标准牌号超硬耐磨耐蚀合金，采用传统的固定工艺对金属零部件表面进行处理。通常难以和金属零部件基体材料性质匹配，导致结合不牢固，修复强化层极易脱落，甚至导致金属零部件损坏，更严重会导致整个设备出现巨大安全事故。
因此，提供一种金属零部件表面修复强化材料，使得修复强化层与金属零部件基体材料结合牢固，且使得修复强化后的金属零部件的性能恢复，正常使用，十分有必要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种用于表面修复强化的材料。所述材料应用于破损、磨损、蚀损的金属零部件表面的修复强化，特别是对破损的金属零部件具有很好的修复作用，使得修复强化后的金属零部件的使用性能恢复正常或更好，在工业生产汇总具有巨大的经济效益和节约资源的特点。
另外，本发明还提供一种用于表面修复强化的材料的制备方法。
一种用于表面修复强化的材料，按质量百分数计，包括以下组分：
Figure BDA0002021727820000011
优选的，一种用于表面修复强化的材料，按质量百分数计，包括以下组分：
Figure BDA0002021727820000021
进一步优选的，一种用于表面修复强化的材料，按质量百分数计，包括以下组分：
Figure BDA0002021727820000022
优选的，所述稀土元素包括Gd、Pr、La、Nd、Y中的至少2种。
一种用于表面修复强化的材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取各组分，充分混合，然后放入真空炉中在1100-1550℃下熔炼，制得混合物A；
(2)将步骤(1)制得的混合物A进行干燥，然后在900-1050℃下进行固溶处理，制得混合物B；
(3)将步骤(2)制得的混合物B进行水淬处理至25-45℃，干燥，即制得所述用于表面修复强化的材料。
优选的，步骤(1)中真空炉在熔炼时的真空度为2-135Pa。
优选的，步骤(1)中的熔炼的温度为1350-1500℃，熔炼的时间为30-50分钟；进一步优选的，熔炼的时间为45分钟。
优选的，步骤(2)中混合物A在干燥前还需要经过精炼、雾化处理(所述精炼、雾化为本领域常规工艺过程)。所述雾化是用0.7-2MPa的高压氩气对喷射混合物A进行喷射处理。
优选的，步骤(2)和步骤(3)中所述干燥是在95-105℃下干燥1-2小时。
优选的，步骤(2)干燥后进行过筛处理，过筛的筛网目数为150-250目；进一步优选的，过筛的筛网目数为200目。
优选的，在980-1100℃下进行固溶处理的时间为0.5-1.5小时；进一步优选的，在980-1100℃下进行固溶处理的时间为1-1.5小时。
优选的，所述用于表面修复强化的材料呈粉末状，进一步优选的，所述用于表面修复强化的材料的粒径为25-75um。
优选的，所述真空炉为真空雾化炉(所述真空雾化炉的型号为RVIP-50)。
所述用于表面修复强化的材料的HRC硬度(洛氏硬度)范围为40-60，耐高温600-860℃。
将本发明所述用于表面修复强化的材料用于破损、磨损、蚀损的金属零部件表面的修复和/或强化的工艺如下：
(1)将金属零部件进行去污、去油处理；
(2)将金属零部件的损伤面打磨，进一步清除氧化物、有机物，去除裂纹划痕；
(3)采用等离子弧焊、粉末喷涂、激光熔敷(或熔敷)或堆焊等本领域常用方式，将所述用于表面修复强化的材料置于金属零部件待修复区域，修补缺口，修补厚度高于金属零部件正常表面0.2-0.5mm，确保复合层与基材能够牢固冶金结合，无裂纹，不脱落；
(4)对修复后的金属零部件，根据金属零部件标准尺寸要求，经过车铣、磨抛机械加工工艺(车铣、磨抛机械加工工艺为本领域常用工艺)，即制得修复和/或强化后的金属零部件。
所述金属零部件包括高压主汽阀密封面、汽轮机主轴、齿轮、柴油发动机缸体和/或汽油发动机缸体等。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
(1)目前各行业设备的金属零部件存在的磨损、破损、蚀损等问题，采用本发明所述材料成功解决了目前通常的修复强化材料存在的缺点，实现修复强化后金属零部件更加牢固、修复处无孔隙、无裂纹等问题，避免修复强化脱落、断裂等安全隐患。
(2)本发明所述材料不仅能修复有破损的金属零部件，对完好的金属零部件也能起到表面性能强化的作用，使金属零部件达到超硬耐磨、耐腐蚀、耐高温的目的。
(3)本发明所述材料应用领域广，能应用到航空航天、交通运输、机械化装备、电力系统等领域的各种设备中的易损金属零部件的修复和/或强化，提高金属零部件的耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗冲击等性能，从而提高设备或金属零部件的使用寿命，经济效果显著。
(4)本发明所述制备方法过程简单，适合工业生产。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明所述的技术方案不构成限制作用。
实施例1
一种用于表面修复强化的材料，按质量百分数计，包括以下组分：
Figure BDA0002021727820000041
所述稀土元素包括Gd、Pr各0.05％。
一种用于表面修复强化的材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取各组分，充分混合，然后放入真空炉中在1100℃下熔炼，制得混合物A；
(2)将步骤(1)制得的混合物A进行干燥，然后在1050℃下进行固溶处理，制得混合物B；
(3)将步骤(2)制得的混合物B进行水淬处理至30℃，干燥，即制得所述用于表面修复强化的材料。
步骤(1)中熔炼的时间为35分钟。
步骤(2)中混合物A在干燥前还需要经过精炼、雾化处理(所述精炼、雾化为本领域常规工艺过程)。所述雾化是用0.7MPa的高压氩气对喷射混合物A进行喷射处理。
步骤(2)和步骤(3)中所述干燥是在95℃下干燥2小时。
步骤(2)中干燥后进行过筛处理，过筛的筛网目数为200目。
步骤(2)中在1050℃下进行固溶处理的时间为1小时。
所述用于表面修复强化的材料呈粉末状。
实施例2
一种用于表面修复强化的材料，按质量百分数计，包括以下组分：
Figure BDA0002021727820000051
所述稀土元素包括Gd 0.2％、Pr 0.1％、La 0.2％。
一种用于表面修复强化的材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取各组分，充分混合，然后放入真空炉中在1350℃下熔炼，制得混合物A；
(2)将步骤(1)制得的混合物A进行干燥，然后在900℃下进行固溶处理，制得混合物B；
(3)将步骤(2)制得的混合物B进行水淬处理至35℃，再干燥，然后进行还原反应，即制得所述用于表面修复强化的材料。
步骤(1)中熔炼的时间为45分钟。
步骤(2)中混合物A在干燥前还需要经过除渣、精炼、雾化处理(所述除渣、精炼、雾化为本领域常规工艺过程)。所述雾化是用1MPa的高压氩气对喷射混合物A进行喷射处理。
步骤(2)和步骤(3)中所述干燥是在100℃下干燥1.5小时。
步骤(2)中干燥后进行过筛处理，过筛的筛网目数为200目。
步骤(2)中在900℃下进行固溶处理的时间为1.2小时。
步骤(3)中所述还原反应是在200℃下用氢气还原1小时。
所述用于表面修复强化的材料呈粉末状。
实施例3
一种用于表面修复强化的材料，按质量百分数计，包括以下组分：
Figure BDA0002021727820000061
所述稀土元素包括Pr 0.5％、Y 1％。
一种用于表面修复强化的材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方量称取各组分，充分混合，然后放入真空雾化炉中在1350℃下熔炼，制得混合物A；
(2)将步骤(1)制得的混合物A进行干燥，然后在1050℃下进行固溶处理，制得混合物B；
(3)将步骤(2)制得的混合物B进行水淬处理至38℃，再干燥，然后进行还原反应，即制得所述用于表面修复强化的材料。
步骤(1)中熔炼的时间为50分钟。
步骤(2)中混合物A在干燥前还需要经过除渣、精炼、雾化处理(所述除渣、精炼、雾化为本领域常规工艺过程)。所述雾化是用2MPa的高压氩气对喷射混合物A进行喷射处理。
步骤(2)和步骤(3)中所述干燥是在100℃下干燥1小时。
步骤(2)中干燥后进行过筛处理，过筛的筛网目数为200目。
步骤(2)中在1050℃下进行固溶处理的时间为1小时。
所述用于表面修复强化的材料呈粉末状。
实施例4
高压主汽阀密封面的表面修复强化。
将实施例1制备的材料用于高压主汽阀密封面的表面修复强化的工艺如下：
(1)将高压主汽阀密封面进行去污、去油处理；
(2)将高压主汽阀密封面的损伤面打磨，进一步清除氧化物、有机物，去除裂纹划痕；
(3)采用等离子弧焊、粉末喷涂、激光熔敷(或熔敷)或堆焊等本领域常用方式，将所述用于表面修复强化的材料置于高压主汽阀密封面待修复区域，修补缺口，修补厚度高于高压主汽阀密封面正常表面0.2mm，确保复合层与基材能够牢固冶金结合，无裂纹，不脱落；
(4)对修复后的高压主汽阀密封面，根据高压主汽阀密封面标准尺寸要求，经过车铣、磨抛机械加工工艺(所述车铣、磨抛机械加工工艺为本领域常用工艺)，即制得修复和/或强化后的高压主汽阀密封面。
对修复强化后的高压主汽阀密封面进行着色探伤测试无裂纹；高压主汽阀密封面在电厂环境中使用5年，高压主汽阀密封面无汽蚀、裂纹等损伤。
实施例5
汽轮机主轴轴径表面的修复强化。
将实施例2制备的材料用于汽轮机主轴轴径的表面修复强化的工艺如下：
(1)将汽轮机主轴轴径表面进行去污、去油处理；
(2)将汽轮机主轴轴径表面的损伤面打磨，进一步清除氧化物、有机物，去除裂纹划痕；
(3)采用等离子弧焊、粉末喷涂、激光熔敷(或熔敷)或堆焊等本领域常用方式，将所述用于表面修复强化的材料置于汽轮机主轴轴径表面待修复区域，修补缺口，修补厚度高于高压主汽阀密封面正常表面0.3mm，确保复合层与基材能够牢固冶金结合，无裂纹，不脱落；
(4)对修复后的汽轮机主轴轴径表面，根据汽轮机主轴轴径标准尺寸要求，经过车铣、磨抛机械加工工艺(所述车铣、磨抛机械加工工艺为本领域常用工艺)，即制得修复和/或强化后的汽轮机主轴轴径表面。
对修复强化后的汽轮机主轴轴径表面进行着色探伤测试无裂纹；汽轮机主轴轴径表面在电厂环境中使用4年，汽轮机主轴轴径表面无腐蚀、无裂纹等损伤。
实施例6
柴/汽油发动机缸体的修复强化。
将实施例3制备的材料用于柴/汽油发动机缸体的修复强化的工艺如下：
(1)将柴/汽油发动机缸体表面进行去污、去油处理；
(2)将柴/汽油发动机缸体的损伤面打磨，进一步清除氧化物、有机物，去除裂纹划痕；
(3)采用等离子弧焊、粉末喷涂、激光熔敷(或熔敷)或堆焊等本领域常用方式，将所述用于表面修复强化的材料置于柴/汽油发动机缸体待修复区域，修补缺口，修补厚度高于柴/汽油发动机缸体正常表面0.5mm，确保复合层与基材能够牢固冶金结合，无裂纹，不脱落；
(4)对修复后的柴/汽油发动机缸体，根据柴/汽油发动机缸体标准尺寸要求，经过车铣、磨抛机械加工工艺(所述车铣、磨抛机械加工工艺为本领域常用工艺)，即制得满修复和/或强化后的柴/汽油发动机缸体。
对修复强化后的柴/汽油发动机缸体进行着色探伤测试无裂纹；柴/汽油发动机缸体在电厂环境中使用3年，柴/汽油发动机缸体无损伤。
对比例1
与实施例1相比，对比例1中的Cr换成Fe(即对比例1中不含Cr，Fe的含量为6％)，其他组分和制备过程相同。然后将对比例1制备得到的材料按照实施例4的方法，用于高压主汽阀密封面的表面修复强化，制得表面修复强化后的高压主汽阀密封面。
产品效果测试
将实施例4制备的高压主汽阀密封面置于电厂污染水中浸泡6个月，高压主汽阀密封面完好无损。将实施例4制备的高压主汽阀密封面的修复区域在100Kg的压力下，来回摩擦1000次，高压主汽阀密封面的修复区域完好无损。
将对比例1制得的表面修复强化后的高压主汽阀密封面置于电厂污染水中浸泡6个月，高压主汽阀密封面有损伤。将对比例1制得的表面修复强化后的高压主汽阀密封面的修复区域在100Kg的压力下，来回摩擦1000次，高压主汽阀密封面的修复区域出现严重破损。

Claims (7)

1.一种用于表面修复强化的材料，其特征在于，按质量百分数计，包括以下组分：
Figure FDA0002671502520000011
所述稀土元素包括Gd、Pr、La、Nd、Y中的至少2种。
2.一种制备权利要求1所述的材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按配方量称取各组分，充分混合，然后熔炼，制得混合物A；
(2)将步骤(1)制得的混合物A进行干燥，然后在900-1050℃下进行固溶处理，制得混合物B；
(3)将步骤(2)制得的混合物B进行水淬处理，干燥，即制得所述用于表面修复强化的材料。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述熔炼的温度为1100-1550℃。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(3)中所述干燥是在95-105℃下干燥1-2小时。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)干燥后进行过筛处理，过筛的筛网目数为150-250目。
6.一种根据权利要求1所述的材料的应用，其特征在于，将所述材料用于金属零部件表面的修复和/或强化。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述金属零部件包括高压主汽阀密封面、汽轮机主轴、齿轮、柴油发动机缸体和/或汽油发动机缸体。
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