CN112030068A - 一种激光熔覆铁基合金粉末及其制备方法与用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种激光熔覆铁基合金粉末及其制备方法与用途,所述激光熔覆铁基合金粉末由C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、N、Cu、B和Fe组成,且各组份的质量百分比含量为:C:0.1%~0.2%;Si:0.95%~1.07%;Mn:0.2045%~0.31%;Cr:14.61%~16.242%;Ni:2.51%~3.03%;Mo:0.3%~0.41%;V:0.075%~0.12%;Nb:0.2%~0.23%;N:0.045%~0.08%;Cu:0.04%~0.08%;B:0.4%~0.4998%;其余为Fe。本发明进一步提出这种激光熔覆铁基合金粉末的制备方法与用途。本发明通过配方配比优化使得铁基合金粉末在完全不牺牲、甚至提高其硬度、耐磨、耐腐蚀和焊接性能的同时,实现了其中Cr元素成分含量的缩减,进而有效降低了成本,同时还提高了其硬度、耐磨、耐腐蚀和焊接性能,具有广阔的推广应用前景。
Description
技术领域
本发明属于一种激光熔覆领域,具体属于一种激光熔覆铁基合金粉末及其制备方法与用途。
背景技术
激光熔覆技术又叫激光再制造技术、激光修复技术,一种新的表面改性技术。它通过在基材表面添加熔覆材料,并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法,在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。激光熔覆技术是利用激光和纳米材料对各类零件进行合金强化处理的新兴技术,处理后能够显著提高其表面的硬度和耐磨性,延长零件的使用寿命。
液压油缸是煤矿井下液压动力源的主要部件,受井下高温、高湿、机械摩擦等外部因素长期影响,油缸表面会出现不同程度的磨损、腐蚀及其他理化现象,若不及时修复处理,会造成油缸漏油、动力不足等问题,影响工作面高效生产。如果对整个油缸进行更换,费时费力而且成本较高。激光熔覆技术是目前煤矿设备常用的激光表面强化技术,利用激光熔覆强化技术修复液油缸破损面,不仅省时省力,而且可以有效控制受损面,进一步延长油缸使用寿命。
激光熔覆材料的状态一般有粉末状、丝状等,应用最广泛的是粉末状材料,主要分为金属粉末、陶瓷粉末以及两者复配的复合粉末,而金属粉末由于对碳钢、不锈钢、铸钢等多种基材具有良好的适应性因此研究最多。以金属粉末中的自熔性合金粉末为例,最具代表性的为镍基、钴基、铁基粉末:铁基合金粉末虽然价格较低,但是其各项性能都不如镍基和钴基粉末;钴基合金粉末耐高温、耐磨和耐腐蚀性能最好,但是价格较高;镍基粉末耐热性、耐腐蚀性能较好但是耐高温性能较差,价格较为适中。
目前,液压支架油缸表面采用激光熔覆技术,常用铁基合金粉末,粉末成分包括C、Si、Cr、Ni、Mo、V和Fe,具体组成为C:0.1~0.155%、Si:1.0~1.53%、Cr:17.5~19.4%、Ni:2.45~3.48%、Mo:0.31~0.5%、V:0.01~0.05%,余量为铁。铁基粉末中含Cr量决定了成本,现有常用铁基粉末的含Cr量较高,成本较高,且现有铁基合金粉末的硬度、耐磨、耐腐蚀和焊接性能一般。
发明内容
本发明针对现有激光熔覆技术不足,提出一种能够提高激光熔覆层耐腐蚀、耐磨性能和硬度的激光熔覆铁基合金粉末,通过配方配比优化使得这种合金粉末在完全不牺牲、甚至提高其硬度、耐磨、耐腐蚀和焊接性能的同时,实现了其中Cr元素成分含量的缩减,进而有效降低了成本,同时还提高了其硬度、耐磨、耐腐蚀和焊接性能,本发明进一步提出这种激光熔覆铁基合金粉末的制备方法与用途,使其能够被广阔的推广应用。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下:
一种激光熔覆铁基合金粉末,所述激光熔覆铁基合金粉末由C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、N、Cu、B和Fe组成,且各组份的质量百分比含量为:
C:0.1%~0.2%;
Si:0.95%~1.07%;
Mn:0.2045%~0.31%;
Cr:14.61%~16.242%;
Ni:2.51%~3.03%;
Mo:0.3%~0.41%;
V:0.075%~0.12%;
Nb:0.2%~0.23%;
N:0.045%~0.08%;
Cu:0.04%~0.08%;
B:0.4%~0.4998%;
其余为Fe。
进一步的根据本发明所述的激光熔覆铁基合金粉末,其中各组份的质量百分比含量为:
C:0.2%;
Si:1.055%;
Mn:0.2045%;
Cr:16.242%;
Ni:2.865%;
Mo:0.395%;
V:0.075%;
Nb:0.206%;
N:0.045%;
Cu:0.08%;
B:0.4998%;
其余为Fe。
进一步的根据本发明所述的激光熔覆铁基合金粉末,其中各组份的质量百分比含量为:
C:0.15%;
Si:0.95%;
Mn:0.31%;
Cr:14.61%;
Ni:2.51%;
Mo:0.3%;
V:0.08%;
Nb:0.2%;
N:0.08%;
Cu:0.05%;
B:0.4%;
其余为Fe。
进一步的根据本发明所述的激光熔覆铁基合金粉末,其中各组份的质量百分比含量为:
C:0.1%;
Si:1.07%;
Mn:0.24%;
Cr:16.13%;
Ni:3.03%;
Mo:0.41%;
V:0.12%;
Nb:0.23%;
N:0.08%;
Cu:0.04%;
B:0.4%;
其余为Fe。
进一步的根据本发明所述的激光熔覆铁基合金粉末,其中基于所述铁基合金粉末形成的激光熔覆层的厚度在0.4~1.5mm之间可调,激光熔覆层的硬度大于50HRC,激光熔覆层经300小时中性盐雾实验后腐蚀面积在0.1-0.25%。
一种本发明所述激光熔覆铁基合金粉末的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、按照所述激光熔覆铁基合金粉末中各组份的质量配比称取各组份,并将称取的各组份混合均匀,形成原始物料混合物;
步骤二、将步骤一得到的原始物料混合物放入熔炼炉中,在惰性气体保护下进行高温熔炼,熔炼后得到液态熔融合金;
步骤三、将步骤二得到的液态熔融合金送入气体雾化炉中,利用高压惰性气体进行雾化破碎处理,得到合金粉末;
步骤四、待步骤三得到的合金粉末冷却至室温时,将其通过筛分装置进行筛分处理,制得所述激光熔覆铁基合金粉末。
进一步的根据本发明所述的激光熔覆铁基合金粉末的制备方法,其中步骤二中的惰性气体为氩气,控制熔炼炉内的熔炼温度为1550-1600℃,熔炼得到液态熔融合金后保温10-30分钟。
进一步的根据本发明所述的激光熔覆铁基合金粉末的制备方法,其中步骤三中的高压惰性气体为氩气,气体雾化压力为3.5~5MPa,气体雾化得到的合金粉末呈光滑圆球形。
进一步的根据本发明所述的激光熔覆铁基合金粉末的制备方法,其中步骤四中,通过筛分装置筛分出的粒度≤50pm的合金粉末作为最终制得的激光熔覆铁基合金粉末,并在真空下进行包装。
一种本发明所述激光熔覆铁基合金粉末或者利用本发明所述制备方法制得的激光熔覆铁基合金粉末的用途,其中所述激光熔覆铁基合金粉末用于液压支架油缸表面的激光熔覆处理。
通过本发明的技术方案能够达到以下技术效果:
(1)本发明在激光熔覆铁基合金粉末中同时加入微量的Mn、Nb、N、Cu和B元素,使得各元素相互作用并能够充分发挥各自功效,加速高温变形后能应变诱导Nb(C、N)的析出,明显地稳定了奥氏体中的位错结构,阻止了新相组织的进一步长大,在相变过程中大幅度提高了位错密度,从而使熔覆层具有非常高的强韧性,加入N是为了充分发挥V的沉淀强化和晶粒细化效果,显著改善了激光熔覆表面的强韧性,新加入各元素的协同作用使得激光熔覆铁基合金粉末中Cr元素的含量可以适当降低,最低可降低至14.61%而并不影响激光熔覆铁基合金粉末整体熔覆效果,尤其是通过各新入元素的协同作用与功效平衡,使得降低Cr含量后的铁基合金粉末仍然能够保持较好的强度、硬度、韧性和耐磨、耐腐蚀性及表面致密性能,并能够具有良好的机械加工性能,从而本专利发明了一种全新的应用于激光熔覆技术领域的铁基合金粉末,具有广阔的推广前景。
(2)本发明进一步提出了全新激光熔覆铁基合金粉末的创新制备方法,所述制备方法通过熔炼炉熔炼保温结合雾化炉气流雾化可得到粒度≤50pm的合金粉末,创新了应用于激光熔覆技术领域的铁基合金粉末的制备工艺,使得本发明提出的全新铁基合金粉末具有广阔的推广应用前景。
(3)经过测试应用本发明所述铁基合金粉末进行液压支架油缸类工件的熔覆能够进一步提高该类产品的表面熔覆层强度、耐磨、耐腐蚀性能,改善其内部组织。且铁基合金粉末和熔覆工艺不需要预热和后热,大大提高了熔覆效率,同时可进一步降低材料成本,进而降低了激光熔覆成本。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行详细的描述,以使本领域技术人员能够更加清楚的理解本发明的方案,但并不因此限制本发明的保护范围。
本发明提供了一种可用于液压支架油缸的激光熔覆铁基合金粉末,所述激光熔覆铁基合金粉末包括C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、N、Cu、B和Fe。
本发明所述激光熔覆铁基合金粉末的化学成分组成如下(重量百分比):
C:0.1%~0.2%;Si:0.95%~1.07%;Mn:0.2045%~0.31%;Cr:14.61%~16.242%;Ni:2.51%~3.03%;Mo:0.3%~0.41%;V:0.075%~0.12%;Nb:0.2%~0.23%;N:0.045%~0.08%;Cu:0.04%~0.08%;B:0.4%~0.4998%;其余为Fe。
作为第一优选配方,本发明所述激光熔覆铁基合金粉末的具体成分组成为(重量百分比):
C:0.2%;Si:1.055%;Mn:0.2045%;Cr:16.242%;Ni:2.865%;Mo:0.395%;V:0.075%;Nb:0.206%;N:0.045%;Cu:0.08%;B:0.4998%;其余为Fe。
作为第二优选配方,本发明所述激光熔覆铁基合金粉末的具体成分组成为(重量百分比):
C:0.15%;Si:0.95%;Mn:0.31%;Cr:14.61%;Ni:2.51%;Mo:0.3%;V:0.08%;Nb:0.2%;N:0.08%;Cu:0.05%;B:0.4%;其余为Fe。
作为第三优选配方,本发明所述激光熔覆铁基合金粉末的具体成分组成为(重量百分比):
C:0.1%;Si:1.07%;Mn:0.24%;Cr:16.13%;Ni:3.03%;Mo:0.41%;V:0.12%;Nb:0.23%;N:0.08%;Cu:0.04%;B:0.4%;其余为Fe。
本发明通过大量的熔覆焊接试验,总结出在激光熔覆铁基合金粉末中新加入适当比例的Mn、Nb、N、Cu和B,能够提升铁基合金粉末熔覆后的表面硬度、耐磨和耐腐蚀性,并能够实现良好的焊接性能,更有意义的是通过这些成分的优化平衡使得本发明所述激光熔覆铁基合金粉末中的Cr含量有一定降低,从而有效降低了激光熔覆铁基合金粉末的成本,本发明通过大量的熔覆试验发现所加入的Mn、Nb、N、Cu和B等成分在降低Cr含量的同时进一步提升整体性能中各自所发挥的平衡优化作用如下:
(1)Cu:经过大量熔覆试验我们发现铜元素能够提高熔覆的强度和韧性,特别是能够耐大气腐蚀性能,同时铜元素的缺点是在热加工时容易产生热脆,经现场测试当铜含量超过0.5%时塑性显著降低,当铜含量小于0.50%时基本对焊接性无影响,进一步的当要发挥其强度、韧性和耐腐蚀性时,则铜元素的含量应该在0.1%以下,本发明通过大量试验总结出应用于激光熔覆铁基合金粉末中的Cu含量在0.04%~0.08%时性能发挥最为全面、彻底,该含量作为本发明所述铁基合金粉末中铜元素的最佳含量范围。
(2)Nb:经过大量熔覆试验我们发现铌能细化晶粒和降低过热敏感性及回火脆性,提高强度,但塑性和韧性有所下降。要全面发挥其性能则铌元素的含量应该在0.5%以下,本发明通过大量试验总结出通过在激光熔覆铁基合金粉末中加入0.2%~0.23%百分比的铌,可显著提升激光熔覆的抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力,亦可显著改善焊接性能。
(3)Mn:我们发现在炼钢过程中,锰是良好的脱氧剂和脱硫剂,通过将其引入激光熔覆试验发现当在激光熔覆铁基合金粉末中添加少量(0.5%以下)锰元素,可以提升熔覆韧性并保证熔覆强度和硬度。通过大量试验总结出通过在激光熔覆铁基合金粉末中加入含量在0.2045%~0.31%之间的锰元素,可进一步提高熔覆韧性、并保持熔覆表面具有较高的强度和硬度,同时能够提高淬性,有效改善热加工性能。
(4)B:我们发现在炼钢过程中加入微量的硼也可以显著改善钢的致密性和热轧性能,提高强度,基于此我们在激光熔覆材料中进行了加硼元素的尝试,发现在激光熔覆铁基合金粉末中加入含量在0.4%~0.4998%之间的硼元素能够使得表面熔覆层的致密性得到大幅提升。
(5)N:氮能提高钢的强度、低温韧性和焊接性,增加时效敏感性,基于此我们在激光熔覆材料中进行了加氮元素的尝试,发现在激光熔覆铁基合金粉末中加入含量在0.045%~0.08%之间的氮元素能够发挥其高强度、低温韧性和焊接性上的优势。
本发明在所述激光熔覆铁基合金粉末中同时加入微量上述Mn、Nb、N、Cu和B元素,使得各元素相互作用并能够充分发挥各自功效,加速高温变形后能应变诱导Nb(C、N)的析出,明显地稳定了奥氏体中的位错结构,阻止了新相组织的进一步长大,在相变过程中大幅度提高了位错密度,从而使熔覆层具有非常高的强韧性,加入N是为了充分发挥V的沉淀强化和晶粒细化效果,显著改善了激光熔覆表面的强韧性,新加入各元素的协同作用使得激光熔覆铁基合金粉末中Cr元素的含量可以适当降低,最低可降低至14.61%而并不影响激光熔覆铁基合金粉末整体熔覆效果,尤其是通过各新入元素的协同作用与功效平衡,使得降低Cr含量后的铁基合金粉末仍然能够保持较好的强度、硬度、韧性和耐磨、耐腐蚀性及表面致密性能,并能够具有良好的机械加工性能,从而本专利发明了一种全新的应用于激光熔覆技术领域的铁基合金粉末,具有广阔的推广前景。
为使本发明提出的全新激光熔覆铁基合金粉末能够获得广泛的推广应用,本发明进一步的提出这种全新激光熔覆铁基合金粉末的全新制备工艺方法,所述制备工艺方法满足规模化生产要求,具体包括如下步骤:
步骤一、按照本发明所述激光熔覆铁基合金粉末中各成份的质量配比称取每种组成成份,然后将按既定配比量称取的各成份混合均匀,形成原始物料混合物。优选的每种组成成份的原始物料形态为粉末态。
步骤二、将步骤一得到的原始物料混合物放入熔炼炉中,在通入氩气保护下控制熔炼炉内的加热温度在1500摄氏度以上,优选的控制熔炼炉内的加热温度为1550-1600℃,待原始物料混合物在熔炼炉中加热熔炼至完全融化,形成液态熔融合金,然后在熔融状态下保温10-30分钟,优选的保温15~20分钟。
步骤三、将步骤二得到的液态熔融合金通过耐高温输送管输送至气体雾化炉,液态熔融合金在气体雾化炉中利用高压气体作为雾化介质来破碎连续的熔融合金细流,使其碎化成合金粉末,其中雾化气体介质为氩气,气体雾化压力为3.5~5MPa,气体雾化合金粉末为光滑圆球形;
步骤四、待步骤三得到的合金粉末冷却至室温时,将所述合金粉末收集后送入筛分装置进行筛分,筛分后得到粉末粒度≤50pm的铁基合金粉末,最后将筛分后的该铁基合金粉末真空包装,制得本发明所述的激光熔覆铁基合金粉末。
本发明在激光熔覆铁基合金粉末的制备技术中,创新的采用熔炼炉熔炼保温结合雾化炉气流雾化得到粒度≤50pm的铁基合金粉末,与现有其它制备粉末方法相比,本发明的雾化法生产率高、制备的粉末粒度非常细小、球形度高、氧含量低、具备大量生产的能力并且成本较低,使得本发明所述激光熔覆铁基合金粉末能够得到广泛的推广应用。
下面进一步给出本发明的应用实施例。
实施例1
在本实施例1中提供第一优选配方的激光熔覆铁基合金粉末,具体组成成分为(重量百分比):C:0.2%;Si:1.055%;Mn:0.2045%;Cr:16.242%;Ni:2.865%;Mo:0.395%;V:0.075%;Nb:0.206%;N:0.045%;Cu:0.08%;B:0.4998%;其余为Fe。
本实施例1中的激光熔覆铁基合金粉末的具体制备方法如下:
1、按照上述配比称取各组份,然后混合均匀得到原始物料混合物;
2、将得到的原始物料混合物放入熔炼炉,通入氩气保护,加热至1550℃待完全融化后停止加热,得到液态熔融合金并保温20分钟;
3.将步骤2得到的液态熔融合金通过输送管送至气体雾化炉,利用高压氩气进行气体雾化,雾化压力为3.5MPa,通过气体雾化得到合金粉末;
4.将步骤3得到的合金粉末收集后送入筛分装置进行筛分,筛分后得到粉末粒度≤50pm的合金粉末,即作为本发明的铁基合金粉末,进行真空包装。
实施例2
在本实施例2中提供第二优选配方的激光熔覆铁基合金粉末,具体组成成分为(重量百分比):C:0.15%;Si:0.95%;Mn:0.31%;Cr:14.61%;Ni:2.51%;Mo:0.3%;V:0.08%;Nb:0.2%;N:0.08%;Cu:0.05%;B:0.4%;其余为Fe。
本实施例2中的激光熔覆铁基合金粉末的具体制备方法如下:
1、按照上述配比称取各组份,然后混合均匀得到原始物料混合物;
2、将得到的原始物料混合物放入熔炼炉,通入氩气保护,加热至1600℃待完全融化后停止加热,得到液态熔融合金并保温15分钟;
3.将步骤2得到的液态熔融合金通过输送管送至气体雾化炉,利用高压氩气进行气体雾化,雾化压力为5MPa,通过气体雾化得到合金粉末;
4.将步骤3得到的合金粉末收集后送入筛分装置进行筛分,筛分后得到粉末粒度≤50pm的合金粉末,即作为本发明的铁基合金粉末,进行真空包装。
实施例3
在本实施例3中提供第三优选配方的激光熔覆铁基合金粉末,具体组成成分为(重量百分比):C:0.1%;Si:1.07%;Mn:0.24%;Cr:16.13%;Ni:3.03%;Mo:0.41%;V:0.12%;Nb:0.23%;N:0.08%;Cu:0.04%;B:0.4%;其余为Fe。
本实施例3中的激光熔覆铁基合金粉末的具体制备方法如下:
1、按照上述配比称取各组份,然后混合均匀得到原始物料混合物;
2、将得到的原始物料混合物放入熔炼炉,通入氩气保护,加热至1580℃待完全融化后停止加热,得到液态熔融合金并保温20分钟;
3.将步骤2得到的液态熔融合金通过输送管送至气体雾化炉,利用高压氩气进行气体雾化,雾化压力为5MPa,通过气体雾化得到合金粉末;
4.将步骤3得到的合金粉末收集后送入筛分装置进行筛分,筛分后得到粉末粒度≤50pm的合金粉末,即作为本发明的铁基合金粉末,进行真空包装。
经测试,利用本发明所述铁基合金粉末形成在待处理工件如液压支架油缸表面形成的激光熔覆层的厚度可在0.4~1.5mm调节,激光熔覆层的硬度大于50HRC,激光熔覆层经300小时中性盐雾实验后腐蚀面积在0.1~0.25%(8级),而现有技术中的一般用于激光熔覆铁基合金粉末的腐蚀面积为1.0~2.5%(5级),因此本发明所述的铁基合金粉末和现有合金粉末在应用于激光熔覆时在熔覆层硬度、耐磨、耐腐蚀性能等方面都有进一步提高,同时激光熔覆层与基材结合良好,熔覆层检测后未发现裂纹、气孔和夹渣等缺陷,更为重要的是本发明通过新加入各元素的协同作用使得激光熔覆铁基合金粉末中Cr元素的含量可以适当降低,最低可降低至14.61%而并不影响激光熔覆铁基合金粉末整体熔覆效果,尤其是通过各新入元素的协同作用与功效平衡,使得降低Cr含量后的铁基合金粉末仍然能够保持较好的强度、硬度、韧性和耐磨、耐腐蚀性及表面致密性能,并能够具有良好的机械加工性能,从而本专利发明了一种全新的应用于激光熔覆技术领域的铁基合金粉末,并实现了这种全新铁基合金粉末的规模化生产,具有广阔的推广前景。
以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述,并不将本发明的技术方案限制于此,本领域技术人员在本发明的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴,本发明具体的保护范围以权利要求书的记载为准。
Claims (10)
1.一种激光熔覆铁基合金粉末,其特征在于,所述激光熔覆铁基合金粉末由C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Nb、N、Cu、B和Fe组成,且各组份的质量百分比含量为:
C:0.1%~0.2%;
Si:0.95%~1.07%;
Mn:0.2045%~0.31%;
Cr:14.61%~16.242%;
Ni:2.51%~3.03%;
Mo:0.3%~0.41%;
V:0.075%~0.12%;
Nb:0.2%~0.23%;
N:0.045%~0.08%;
Cu:0.04%~0.08%;
B:0.4%~0.4998%;
其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的激光熔覆铁基合金粉末,其特征在于,其中各组份的质量百分比含量为:
C:0.2%;
Si:1.055%;
Mn:0.2045%;
Cr:16.242%;
Ni:2.865%;
Mo:0.395%;
V:0.075%;
Nb:0.206%;
N:0.045%;
Cu:0.08%;
B:0.4998%;
其余为Fe。
3.根据权利要求1所述的激光熔覆铁基合金粉末,其特征在于,其中各组份的质量百分比含量为:
C:0.15%;
Si:0.95%;
Mn:0.31%;
Cr:14.61%;
Ni:2.51%;
Mo:0.3%;
V:0.08%;
Nb:0.2%;
N:0.08%;
Cu:0.05%;
B:0.4%;
其余为Fe。
4.根据权利要求1所述的激光熔覆铁基合金粉末,其特征在于,其中各组份的质量百分比含量为:
C:0.1%;
Si:1.07%;
Mn:0.24%;
Cr:16.13%;
Ni:3.03%;
Mo:0.41%;
V:0.12%;
Nb:0.23%;
N:0.08%;
Cu:0.04%;
B:0.4%;
其余为Fe。
5.根据权利要求1-4任一项所述的激光熔覆铁基合金粉末,其特征在于,基于所述铁基合金粉末形成的激光熔覆层的厚度在0.4~1.5mm之间可调,激光熔覆层的硬度大于50HRC,激光熔覆层经300小时中性盐雾实验后腐蚀面积在0.1-0.25%。
6.一种权利要求1-5任一项所述的激光熔覆铁基合金粉末的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、按照所述激光熔覆铁基合金粉末中各组份的质量配比称取各组份,并将称取的各组份混合均匀,形成原始物料混合物;
步骤二、将步骤一得到的原始物料混合物放入熔炼炉中,在惰性气体保护下进行高温熔炼,熔炼后得到液态熔融合金;
步骤三、将步骤二得到的液态熔融合金送入气体雾化炉中,利用高压惰性气体进行雾化破碎处理,得到合金粉末;
步骤四、待步骤三得到的合金粉末冷却至室温时,将其通过筛分装置进行筛分处理,制得所述激光熔覆铁基合金粉末。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,其中步骤二中的惰性气体为氩气,控制熔炼炉内的熔炼温度为1550-1600℃,熔炼得到液态熔融合金后保温10-30分钟。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法,其特征在于,其中步骤三中的高压惰性气体为氩气,气体雾化压力为3.5~5MPa,气体雾化得到的合金粉末呈光滑圆球形。
9.根据权利要求6-8任一项所述的制备方法,其特征在于,其中步骤四中,通过筛分装置筛分出的粒度≤50pm的合金粉末作为最终制得的激光熔覆铁基合金粉末,并在真空下进行包装。
10.一种权利要求1-5任一项所述激光熔覆铁基合金粉末或者利用权利要求6-9任一项所述制备方法制得的激光熔覆铁基合金粉末的用途,其特征在于,所述激光熔覆铁基合金粉末用于液压支架油缸表面的激光熔覆处理。
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---|---|
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113136532A (zh) * | 2021-04-26 | 2021-07-20 | 矿冶科技集团有限公司 | 一种用于激光熔覆的铁基合金粉末及其制备方法 |
CN113957356A (zh) * | 2021-10-27 | 2022-01-21 | 江苏智仁景行新材料研究院有限公司 | 一种用于耐腐蚀涂层的铁基合金及应用 |
CN114525447A (zh) * | 2022-01-02 | 2022-05-24 | 西安智能再制造研究院有限公司 | 一种激光熔覆用金属丝材材料及其制备方法与用途 |
CN115819032A (zh) * | 2022-12-22 | 2023-03-21 | 楚雄佑琳生科技有限公司 | 一种超高性能uhpc混凝土光伏管桩材料制备方法及应用 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1992709A1 (en) * | 2007-05-14 | 2008-11-19 | EOS GmbH Electro Optical Systems | Metal powder for use in additive method for the production of three-dimensional objects and method using such metal powder |
CN101563523A (zh) * | 2006-04-21 | 2009-10-21 | 国际壳牌研究有限公司 | 高强度合金 |
CN102352508A (zh) * | 2011-11-09 | 2012-02-15 | 唐山瑞兆激光技术机械修复有限公司 | Trt机组零部件激光熔覆用铁基合金粉末 |
CN104988494A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-10-21 | 天地科技(宁夏)煤机再制造技术有限公司 | 一种耐磨耐腐蚀液压立柱及其表面加工工艺 |
CN105039869A (zh) * | 2015-08-11 | 2015-11-11 | 中国人民解放军装甲兵工程学院 | 一种马氏体不锈钢零件激光再制造用合金粉末及制备方法 |
CN109778186A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-05-21 | 北京大陆天瑞激光工程技术有限公司 | 一种用于板材连轧线层流冷却辊道的激光熔覆合金材料及其制造方法 |
WO2019139017A1 (ja) * | 2018-01-09 | 2019-07-18 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 造形用のステンレス鋼粉末 |
CN110157977A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-08-23 | 浙江工业大学 | 一种激光再制造修复用铁基合金粉末及其制备方法与应用 |
CN111411357A (zh) * | 2020-04-24 | 2020-07-14 | 燕山大学 | 一种天车轮的激光熔覆再制造方法 |
-
2020
- 2020-08-06 CN CN202010785825.4A patent/CN112030068A/zh active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101563523A (zh) * | 2006-04-21 | 2009-10-21 | 国际壳牌研究有限公司 | 高强度合金 |
EP1992709A1 (en) * | 2007-05-14 | 2008-11-19 | EOS GmbH Electro Optical Systems | Metal powder for use in additive method for the production of three-dimensional objects and method using such metal powder |
CN102352508A (zh) * | 2011-11-09 | 2012-02-15 | 唐山瑞兆激光技术机械修复有限公司 | Trt机组零部件激光熔覆用铁基合金粉末 |
CN104988494A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-10-21 | 天地科技(宁夏)煤机再制造技术有限公司 | 一种耐磨耐腐蚀液压立柱及其表面加工工艺 |
CN105039869A (zh) * | 2015-08-11 | 2015-11-11 | 中国人民解放军装甲兵工程学院 | 一种马氏体不锈钢零件激光再制造用合金粉末及制备方法 |
WO2019139017A1 (ja) * | 2018-01-09 | 2019-07-18 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 造形用のステンレス鋼粉末 |
CN109778186A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-05-21 | 北京大陆天瑞激光工程技术有限公司 | 一种用于板材连轧线层流冷却辊道的激光熔覆合金材料及其制造方法 |
CN110157977A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-08-23 | 浙江工业大学 | 一种激光再制造修复用铁基合金粉末及其制备方法与应用 |
CN111411357A (zh) * | 2020-04-24 | 2020-07-14 | 燕山大学 | 一种天车轮的激光熔覆再制造方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
ZHANG, HUI等: "Microstructures and properties of low-chromium high corrosion-resistant TiC-VC reinforced Fe-based laser cladding layer", 《JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS 》 * |
朱红梅等: "铁基材料表面激光熔覆不锈钢涂层的研究进展", 《表面技术》 * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113136532A (zh) * | 2021-04-26 | 2021-07-20 | 矿冶科技集团有限公司 | 一种用于激光熔覆的铁基合金粉末及其制备方法 |
CN113136532B (zh) * | 2021-04-26 | 2021-11-30 | 矿冶科技集团有限公司 | 一种用于激光熔覆的铁基合金粉末及其制备方法 |
CN113957356A (zh) * | 2021-10-27 | 2022-01-21 | 江苏智仁景行新材料研究院有限公司 | 一种用于耐腐蚀涂层的铁基合金及应用 |
CN114525447A (zh) * | 2022-01-02 | 2022-05-24 | 西安智能再制造研究院有限公司 | 一种激光熔覆用金属丝材材料及其制备方法与用途 |
CN115819032A (zh) * | 2022-12-22 | 2023-03-21 | 楚雄佑琳生科技有限公司 | 一种超高性能uhpc混凝土光伏管桩材料制备方法及应用 |
CN115819032B (zh) * | 2022-12-22 | 2023-10-31 | 楚雄佑琳生科技有限公司 | 一种超高性能uhpc混凝土光伏管桩材料制备方法及应用 |
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