CN110670064A - 一种激光制造侧导板的耐磨减磨双相共生材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种激光制造侧导板的耐磨减磨双相共生材料，由以下组分按质量百分数组成：Cr 5~25%、Co 6~12%、W 3~10%、Nb 0.5~3%、MoS25~20%、Ni余量；其中，含W相承担耐磨相作用，含MoS2承担自润滑相作用，即减磨相作用。本发明通过耐磨相（含W相）与减磨相（MoS2）共生的设计方式完全超越了以往对侧导板所使用传统堆焊耐磨材料所达到的效果，耐磨相与减磨相复合共生的方式实现了适用于热轧带钢卷取前侧导板使用寿命大幅度提高的现实意义，并且这种自润滑相成膜方式对带钢边部质量具有保护的积极作用，减少边损情况的发生。

Description

一种激光制造侧导板的耐磨减磨双相共生材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种应用于侧导板的耐磨减磨双相共生材料,特别是涉及一种采用激光熔覆的方式制造热轧带钢卷曲前侧导板的耐磨减磨双相共生材料，属于IPC国际专利分类表中的C23C24/10(2006.01)I技术领域。
背景技术
侧导板是热轧带钢生产线卷曲前对钢卷的最后卷型有核心影响作用的重要设备之一，对成品合格率有着最重要影响作用
传统思维中侧导板所普遍使用的材料为普通堆焊耐磨材料，虽然耐磨性能较好，但是由于侧导板的高温工作环境、高速通过的带钢与侧导板摩擦生成的摩擦热等恶劣工况环境，会导致侧导板急剧的磨损失效，甚至会对带钢的边部质量造成严重影响，导致产品降级甚至堆钢的风险。材料的不耐磨不仅仅使得侧导板的使用寿命很短，而且需要更换的次数也十分频繁，人力物力不仅浪费更是影响了整条热轧生产线的作业率。因此，选择应用于导尺衬板的适当的材料，进而提高卷材质量，避免成本浪费是当前亟待解决的课题。
考虑到侧导板的特殊工况，不仅要考虑耐高温磨损，还要从材料角度考虑到降低摩擦升温从而起到减磨的作用。所以对于激光熔覆导尺衬板材料的性能要求为不仅需要具有良好的耐高温磨损性能，还需要使得材料具有一定自润滑性能从而起到减磨作用。
激光熔覆技术作为一种先进的制造技术在近年来已经得到了广泛的推广应用——采用先进的激光熔覆手段在基础工件表面制备具有优良高温自润滑性能的先进侧导板的耐磨减磨双相共生材料涂层,是解决上述问题的有效方法之一。
自润滑相可以明显降低金属材料的摩擦因数以减少磨损量，并且具有较高的承载能力。MoS2是一种具有层状结构的固体润滑剂，其晶体为六方晶系，这种晶体结构使MoS2具有良好的减磨效果。并且MoS2属于层状结构，每层原子与原子属于共价键结合，断裂强度很高，而层与层属于分子键结合，受范德华力影响，层与层之间很容易发生剪切滑移，在摩擦中起着减磨润滑效果。并且其化学性质稳定，具有优异的耐磨性、自润滑性能。
激光熔覆中自润滑耐磨涂层是以金属合金粉末添加固体润滑粉末，利用激光束制备具有高强度、高耐磨性及自润滑效果的复合材料涂层。主要机理是当激光熔覆制备的自润滑涂层材料被置于滑动摩擦条件下时，由于法向载荷作用，涂层受到挤压，润滑颗粒会脱落而转移到摩擦表面形成润滑膜，降低摩擦系数，减少磨损量。但这种设计方式存在一定难题，由于自润滑材料的熔点低、润湿性差、易氧化等缺点，很难轻易使用激光熔覆技术获得良好的熔覆层质量，很多时候会有气孔、开裂情况出现。而这一难题亦是本发明亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于使用激光熔覆的方式获得一种耐磨相（含W相）与减磨相（自润滑相MoS2）共生的完整熔覆组织材料。
本发明给出的技术方案是：一种激光制造侧导板的耐磨减磨双相共生材料，其主要技术方案是在原有的耐高温磨损的耐磨涂层的合金材料基础上，通过反复试验研究获得耐磨相与减磨相共生材料。为获得良好的组织结构，选择的合理的激光工艺参数，特别是选择合适的能量密度，一般采取控制激光输出功率和扫描速度来控制自润滑相的分解与飞溅，最终获得内部结构熔覆致密度高、无缺陷夹杂的熔覆涂层。其成分组成包括有Cr、Co、W；其特点是还包括有Nb、S、Mo，其中熔覆材料主要成分的质量百分数为：Cr：5~25%、Co：6~12%、W:3~10%、Nb：0.5~3%、MoS2：5~20%、Ni：余量。含W相承担耐磨相作用，含MoS2承担自润滑相作用，即减磨相作用。
激光熔覆的工艺参数基本如下：功率：500～1800W，光斑直径：1～5mm，置粉厚度：0.5～1.2mm，扫描速度：20～50mm/s，搭接率：25%~80% 。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
加入的MoS2含量在5~20%之间可以在不开裂的情况下获得组织内部结构良好的激光熔覆组织，如果添加低于5%含量会达不到润滑作用，而高于20%含量则极易出现龟裂从而影响熔覆层服役寿命；加入W的含量为3~10%，这样可以提高熔覆层基体的耐磨性能，基体中分布的含W相弥散分布会增强组织的耐磨结构，如果加入量少于3%耐磨性能反应不明显，而高于10%则会出现龟裂起层情况。且MoS2与W元素含量按照约（2-2.1）:1左右的质量比添加入熔覆层中，经过激光熔覆试验验证此时可以得到熔覆层效果最佳，主要原因是该比例范围内两种添加相与基材的热膨胀系数相匹配，如若偏离该范围激光熔覆层则会出现龟裂，严重时会出现熔覆层起层等剧烈反应。
通过耐磨相（含W相）与减磨相（MoS2）共生的设计方式完全超越了以往对侧导板所使用传统堆焊耐磨材料所达到的效果。耐磨相与减磨相复合共生的方式实现了适用于热轧带钢卷取前侧导板使用寿命大幅度提高的现实意义，并且这种自润滑相成膜方式对带钢边部质量具有保护的积极作用，减少边损情况的发生。同时由于侧导板使用寿命的大幅度提高，大大减少了更换成本，节省了人力物力，并且从一定程度上避免了人工未及时更换而造成的进一步的成本损失甚至生产事故的发生。
具体实施方式
实施例1。
河北某热轧生产线上卷取机前导尺衬板的耐磨减磨材料应用。
在河北的某热轧带钢卷曲前导尺衬板的材料应用上进行这种应用于侧导板的耐磨减磨双相共生材料的激光熔覆试验，得到了熔覆质量良好且无开裂缺陷的多层熔覆结构，其中熔覆材料主要成分为Cr：22%；Co：6%；W:7.3%；Nb：1.3%；MoS2：15%;Ni：余量。
其中激光熔覆的工艺参数如下
功率：1100W；光斑直径：3.8mm；置粉厚度0.5mm；扫描速度：42mm/s搭接率：45%
在该实例中，MoS2与W元素含量按照约2:1的比例添加入熔覆层中，不仅获得了该材料的减磨相与耐磨相的双相共生熔覆结构，并且熔覆质量良好，最重要的是其使用寿命提高至原始使用寿命的10倍，不仅节约了成本，并且大幅度提高生产作业率。
实施例2。
南京某热轧生产线上卷取机前导尺衬板的耐磨减磨材料应用。
激光仿形熔覆功率：1000W；光斑直径：3.3mm；置粉厚度0.5mm；其中打底层熔覆材料主要成分为Cr：18%；Co：8%；W:8.2%；Nb：1.7%；MoS2：16.5%;Ni：余量。
扫描速度：38mm/s，搭接率：62%；在该材料的制备过程中，MoS2与W元素含量按照约2:1的比例添加入熔覆层中，获得了熔覆质量良好的无缺陷的减磨相与耐磨相的双相共生熔覆组织，达到导尺衬板的设计尺寸标准的同时，使导尺衬板使用寿命达到原始使用寿命的8倍，大大提高改善生产线的工作效率并节约了成本。
对比例1。
河北某热轧生产线上卷取机前导尺衬板的耐磨减磨材料应用。
在河北的某热轧带钢卷曲前导尺衬板的材料应用上进行这种应用于侧导板的耐磨减磨双相共生材料的激光熔覆试验，得到了熔覆质量良好且无开裂缺陷的多层熔覆结构，其中熔覆材料主要成分为Cr：22%；Co：6%；W:14%；Nb：1.3%；MoS2：22%;Ni：余量。
其中激光熔覆的工艺参数如下
功率：1100W；光斑直径：3.8mm；置粉厚度0.5mm；扫描速度：42mm/s搭接率：45%
在该对比例中，MoS2以22%的质量百分数添加入熔覆材料中，获得了该材料的减磨相与耐磨相的双相共生熔覆结构，其自润滑性能较佳，但是熔覆层质量相比于实施例1远远不足，存在裂纹现象，因而影响熔覆层服役寿命；其使用寿命相比于原使用寿命提高了2倍。

Claims (5)

1.一种激光制造侧导板的耐磨减磨双相共生材料，其特征在于，由以下组分按质量百分数组成：Cr 5~25%、Co 6~12%、W 3~10%、Nb 0.5~3%、MoS2 5~20%、Ni 余量；
其中，含W相承担耐磨相作用，含MoS2承担自润滑相作用，即减磨相作用。
2.一种激光制造侧导板的耐磨减磨双相共生材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：功率：500～1800W，光斑直径：1～5mm，置粉厚度：0.5～1.2mm，扫描速度：20～50mm/s，搭接率：25%~80% 。
3.根据权利要求1所述的耐磨减磨双相共生材料，其特征在于，所述MoS2和W的质量比为（2-2.1）:1时，经过激光熔覆试验验证此时可以得到熔覆层效果最佳。
4.根据权利要求1或3任一所述的耐磨减磨双相共生材料，其特征在于，由以下组分按质量百分数组成：Cr：22%；Co：6%；W:7.3%；Nb：1.3%；MoS2：15%;Ni：余量。
5.根据权利要求1或3任一所述的耐磨减磨双相共生材料，其特征在于，由以下组分按质量百分数组成：Cr：18%；Co：8%；W:8.2%；Nb：1.7%；MoS2：16.5%;Ni：余量。
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