CN111496245A - 一种高耐蚀粉末材料及其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高耐蚀粉末材料及其制备方法及应用，按照质量百分比计算，所述粉末材料包括如下组分：B：0.5~2.0%，Ni：1.0~3.0%，Cr：12~20%，Si＜2.0%，Mo＜2.5%，余量为Fe；所述制备方法包括：步骤一合金熔炼，步骤二金属雾化，步骤三粉末筛分；所述的粉末材料能用激光熔覆方法在合金钢表面制备高耐蚀耐磨涂层，涂层硬度可达53~58HRC，中性盐雾试验＞1000小时。
Description
技术领域
本发明属于粉末冶金领域，具体涉及一种高耐蚀粉末材料及其制备方法及应用。
背景技术
激光熔覆技术是指以同步送粉或预置粉末的方式在被涂覆基体表面上输送涂层材料，采用高能激光束辐照，涂层材料与基体材料形成冶金结合，从而显著改善基体材料表面的耐蚀、耐磨等性能。与传统的热喷涂、电镀等工艺相比较，激光熔覆技术具有环保、涂层与基体结合强度高等优点，被应用于石油工业、煤炭行业、航空航天等领域中的零部件修复，再制造成本仅为新品的50%，节能60%，节约材料70%，是重大工程装备修复新的发展方向，预计可达上千亿的市场规模。
激光熔覆涂层优异的耐蚀、耐磨特性，除了与激光熔覆工艺相关外，还与粉末的元素组成和性状密切相关。对于高耐蚀粉末涂层，其激光熔覆粉末一般含有较高含量的Cr、Ni和Ti，例如专利201810252739.x公开了一种耐腐蚀激光熔覆粉末及其熔覆方法与用途，所制备的激光熔覆涂层可用于海洋高氯离子的腐蚀环境中，但粉末中Cr元素、Ni元素的质量分数分别达到20~30%和9~15%；专利201711267532.1公开了一种耐腐蚀熔覆粉末，其中Cr元素、Ti元素的质量分数分别达到21％~26％和10％~15％，而Cr、Ni、Ti元素的价格较高，显著增加了生产成本。同时目前的技术方案中，均为将不同种类的元素粉末进行混合，将混合粉末作为原材料，采用激光熔覆的技术制备涂层，容易由于混合粉末成分的不均匀影响涂层的性能缺陷。因此开发一种成本低廉，对激光熔覆技术适应性好，且具有高耐蚀性的粉末材料，具有巨大的经济效益。
发明内容
基于上述背景，本发明提供一种适用于激光熔覆的低成本、高耐蚀的球形铁基合金粉末。
本发明的目的之一是提供一种高耐蚀粉末材料，具体技术方案如下：
一种高耐蚀粉末材料，按质量百分比计包括如下组分：B：0.5~2.0%，Ni：1.0~3.0%，Cr：12~20%，Si＜2.0%，Mo＜2.5%，余量为Fe。
优选的，按质量百分比计，高耐蚀粉末材料包括如下组分：B：0.8~1.3%，Ni：1.4~2.6%，Cr：15~19%，Si＜1.5%，Mo＜2.0%，余量为Fe。
本发明的目的之二在于提供一种上述的高耐蚀粉末材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）合金熔炼：按照各组分配比进行称量，加入坩埚中，在高温电阻炉中进行熔炼；
（2）金属雾化：经步骤（1）熔炼的金属液达到1300~1600℃的雾化温度，保温15~20min后，将金属液倒入中间包，并通过中间包底部的导液管进入喷枪，在高压下雾化成细小的金属液滴，所述雾化压力为2~8MPa，雾化介质为氩气或氮气，金属液滴冷却凝固后，成为球型铁基合金粉末；
（3）粉末筛分：将步骤（2）制得的合金粉末用振动筛进行筛分，筛取粒径为45~150μm的粉末，即制得高耐蚀粉末材料成品。
优选的，步骤（1）中合金熔炼包括搅拌、除渣、除气、定量补料。
优选的，其中搅拌为待金属液完全熔化后，机械搅拌均匀。
优选的，其中除渣为机械搅拌均匀后，加入六氯乙烷除除气，将浮渣扒出。
优选的，其中定量补料为除渣后通过在线荧光光谱检测系统，检测金属液中合金元素含量，根据检测进行补料，确保合金元素含量符合设计值。
本发明的目的之三为提供上述高耐蚀粉末材料的应用，将高耐蚀粉末材料用激光熔覆的方法在合金钢表面制备高耐蚀耐磨涂层。
优选的，所述激光熔覆的参数为：激光功率为2.0~5.0kw，光斑直径为4~6mm，搭接率为20~60%，扫描速度为400~800mm/min，保护气体为氩气，送粉速度为2~5g/s，送粉气流量为7~9L/min，熔覆涂层的厚度为7~8mm。
优选的，所述合金钢包括40Cr钢、27SiMn钢和30CrMnSi钢。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）粉末材料的元素种类少，高价格的元素（Ni、Cr）含量低，成本较低，更加适用于大规模生产、推广和应用；
（2）采用气雾化技术制备的高纯球形合金粉末，具有优异的流动性，较高的比表面积增大了激光吸收率，粉末成分均匀稳定，更适用于激光熔覆技术；
（3）制备的激光熔覆涂层具有更加优异的耐磨性与耐腐蚀性能，涂层硬度可达53~58HRC，中性盐雾试验＞1000小时，可适用于高腐蚀环境；
（4）本发明中的粉末可用于煤矿液压支柱、千斤顶等零部件的激光熔覆修复。
附图说明
图1是实施例1制备的粉末的扫描照片。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
实施例1
以质量百分比计算，按照如下配比称量合金元素：B:0.8%，Ni：1.4%，Cr：15%，Si：1.5%，Mo：1.0%，Fe余量。
将合金元素加入坩埚中，在高温电阻炉中加热融化，机械搅拌均匀、除渣、除气，在线定量检测金属液中各元素含量，并根据测量结果进行补料以保证精确的元素含量。将金属液加热至1400℃后，保温15min，将金属液倒入中间包中，通过中间包底部的导液管进入喷枪，设置雾化压力为3.0MPa，采用氮气进行雾化，金属液滴冷却凝固后成为球型铁基合金粉末，粉末冷却后，采用振动筛筛取粒径为45~150μm的粉末，制得高耐蚀粉末材料。
图1为制备得到粉末的扫描照片，从图1可以看出，粉末表面光洁，具有优异的球形度。
实施例2
以质量百分比计算，按照如下配比称量合金元素：B:1.0%，Ni：2.0%，Cr：17%，Si：0.8%，Mo：1.5%，Fe余量。
将合金元素加入坩埚中，在高温电阻炉中加热融化，机械搅拌均匀、除渣、除气，在线定量检测金属液中各元素含量，并根据测量结果进行补料以保证精确的元素含量。将金属液加热至1450℃后，保温20min，将金属液倒入中间包中，通过中间包底部的导液管进入喷枪，设置雾化压力为4.0MPa，采用氮气进行雾化，金属液滴冷却凝固后成为球型铁基合金粉末，粉末冷却后，采用振动筛筛取粒径为45~150μm的粉末，制得高耐蚀粉末材料。
实施例3
以质量百分比计算，按照如下配比称量合金元素：B:1.3%，Ni：2.6%，Cr：19%，Si：0.7%，Mo：1.5%，Fe余量。
将合金元素加入坩埚中，在高温电阻炉中加热融化，机械搅拌均匀、除渣、除气，在线定量检测金属液中各元素含量，并根据测量结果进行补料以保证精确的元素含量。将金属液加热至1500℃后，保温20min，将金属液倒入中间包中，通过中间包底部的导液管进入喷枪，设置雾化压力为6.0MPa，采用氮气进行雾化，金属液滴冷却凝固后成为球型铁基合金粉末，粉末冷却后，采用振动筛筛取粒径为45~150μm的粉末，制得高耐蚀粉末材料。
应用例1
采用同步送粉的方式利用激光将实施例1制备的高耐蚀粉末熔覆在40Cr钢板的表面，激光熔覆设备参数为：激光功率为3.0kw，光斑直径为5mm，搭接率为20%，扫描速度为500mm/min，保护气体为氩气，送粉速度为3g/s，送粉气流量为8L/min，熔覆涂层的厚度为8mm。
用磨床将熔覆涂层表面磨平，采用洛氏硬度计测量涂层硬度为53 HRC；将涂层样品置于中性盐雾环境中进行腐蚀试验，1000小时后的涂层样品形貌如图1所示，未发生腐蚀。
应用例2
采用同步送粉的方式利用激光将实施例2制备的高耐蚀粉末熔覆在27SiMn钢板的表面，激光熔覆设备参数为：激光功率为4.0kw，光斑直径为5mm，搭接率为40%，扫描速度为400mm/min，保护气体为氩气，送粉速度为3.5g/s，送粉气流量为8L/min，熔覆涂层的厚度为7.5mm。
用磨床将熔覆涂层表面磨平，采用洛氏硬度计测量涂层硬度为55HRC；将涂层样品置于中性盐雾环境中进行腐蚀试验，1000小时后的涂层样品形貌未发生腐蚀。
应用例3
采用同步送粉的方式利用激光将实施例3制备的高耐蚀粉末熔覆在30CrMnSi钢板的表面，激光熔覆设备参数为：激光功率为4.0kw，光斑直径为5mm，搭接率为60%，扫描速度为600mm/min，保护气体为氩气，送粉速度为2.5g/s，送粉气流量为8L/min，熔覆涂层的厚度为8mm。
用磨床将熔覆涂层表面磨平，采用洛氏硬度计测量涂层硬度为58HRC；将涂层样品置于中性盐雾环境中进行腐蚀试验，1000小时后的涂层样品形貌未发生腐蚀。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高耐蚀粉末材料，其特征在于，按质量百分比计，所述高耐蚀粉末材料包括如下组分：B：0.5~2.0%，Ni：1.0~3.0%，Cr：12~20%，Si＜2.0%，Mo＜2.5%，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的高耐蚀粉末材料，其特征在于，按质量百分比计，所述高耐蚀粉末材料包括如下组分：B：0.8~1.3%，Ni：1.4~2.6%，Cr：15~19%，Si＜1.5%，Mo＜2.0%，余量为Fe。
3.权利要求1-2任意一项所述的高耐蚀粉末材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
（1）合金熔炼：按照各组分配比进行称量，加入坩埚中，在高温电阻炉中进行熔炼；
（2）金属雾化：经步骤（1）熔炼的金属液达到1300~1600℃的雾化温度，保温15~20min后，将金属液倒入中间包，并通过中间包底部的导液管进入喷枪，在高压下雾化成细小的金属液滴，所述雾化压力为2~8MPa，雾化介质为氩气或氮气，金属液滴冷却凝固后，成为球型铁基合金粉末；
（3）粉末筛分：将步骤（2）制得的合金粉末用振动筛进行筛分，筛取粒径为45~150μm的粉末，即制得高耐蚀粉末材料成品。
4.根据权利要求3所述的高耐蚀粉末材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中合金熔炼包括搅拌、除渣、除气、定量补料。
5.根据权利要求4所述的高耐蚀粉末材料的制备方法，其特征在于，所述搅拌为待金属液完全熔化后，机械搅拌均匀。
6.根据权利要求4所述的高耐蚀粉末材料的制备方法，其特征在于，所述除渣为机械搅拌均匀后，加入六氯乙烷除除气，将浮渣扒出。
7.根据权利要求4所述的高耐蚀粉末材料的制备方法，其特征在于，所述定量补料为除渣后通过在线荧光光谱检测系统，检测金属液中合金元素含量，根据检测进行补料，确保合金元素含量符合设计值。
8.权利要求1-7任意一项所述的高耐蚀粉末材料的应用，其特征在于，所述应用为高耐蚀粉末材料用激光熔覆的方法在合金钢表面制备高耐蚀耐磨涂层。
9.根据权利要求8所述高耐蚀粉末材料的应用，其特征在于，所述激光熔覆的参数为：激光功率为2.0~5.0kw，光斑直径为4~6mm，搭接率为20~60%，扫描速度为400~800mm/min，保护气体为氩气，送粉速度为2~5g/s，送粉气流量为7~9L/min，熔覆涂层的厚度为7~8mm。
10.根据权利要求8所述的一种高耐蚀粉末材料的应用，其特征在于，所述合金钢包括40Cr钢、27SiMn钢和30CrMnSi钢。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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2020
- 2020-04-30 CN CN202010359160.0A patent/CN111496245B/zh active Active
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| CN111496245B (zh) | 2022-03-22 |
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