CN112192089B - 碳化铬增强型镍铝基高温耐磨堆焊用药芯焊丝及制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种碳化铬增强型镍铝基高温耐磨堆焊用药芯焊丝及制备方法，碳化铬增强型镍铝基高温耐磨堆焊用药芯焊丝包括药芯和焊皮，药芯包括金属芯和金属粉，药芯填充于焊皮中，金属粉按质量百分比由以下组分组成：含Mn80%的锰铁粉1.5‑3.5%，含钛70%的钛铁粉1.1‑2.4%，含硼20%的硼铁粉1.1‑2.4%，碳化铬粉60‑85%，其余为铁粉。焊皮为纯镍带。金属芯为纯铝丝，纯铝丝直径为0.9‑1.4mm。上述药芯焊丝制备方法包括以下步骤：以纯镍带作为焊皮原料，以纯铝丝作为药芯金属芯，以锰铁粉、钛铁粉、硼铁粉、铁粉、碳化铬作为药芯金属粉组分，镍带与铝丝去油干燥、药芯金属粉混合配料并干燥，镍带轧制、金属芯和金属粉装入焊皮中，拉拔减径成药芯焊丝。本申请焊接性能优良，制备方便，堆焊层高温耐磨性能优秀。

Description

碳化铬增强型镍铝基高温耐磨堆焊用药芯焊丝及制备方法

技术领域

本申请涉及一种碳化铬增强型镍铝基高温耐磨堆焊用药芯焊丝及制备方法，主要适用于高温条件下碳化铬增强型耐磨堆焊用药芯焊丝及其制备。

背景技术

在金属复合材料中，为了增强材料的耐磨性往往向基体中加入适量的碳化物、氧化物等陶瓷增强相。常见的与Ni₃Al复合的陶瓷增强相有WC、TiC、Cr₃C₂、Al₂O₃等，它们都属于碳化物或氧化物。其中，WC与TiC熔点相对较高，相比之下，Cr₃C₂与Al₂O₃的熔点较前两者低约1000℃，因此有利于形成获得细小弥散的原位自生增强相。同时，游离元素能够在一定程度起到固溶作用，基体起固溶强化作用。

Ni₃Al/WC复合涂层在高温下腐蚀严重，高温耐腐蚀性能差，同时高温耐磨性严重恶化。其主要原因是因为WC在600℃以上会发生严重的氧化，从而改变类复合材料的性能。除此之外，WC和TiC都存在制备过程中存在颗粒偏聚的问题，弥散强化效果不佳。Al₂O₃等氧化物陶瓷相，由于氧化物与Ni₃Al基体润湿性差，从而复合效果不理想。

Cr₃C₂做Ni₃Al基材料的增强相可以在1000℃长期服役。目前，尚未见成熟的商品化Cr₃C₂/Ni₃Al基药芯焊丝，其主要原因在于工艺不成熟导致在焊接时工艺性不稳定及力学性能不均匀。作为增强材料，不均匀的堆焊层反而容易加剧材料磨损，导致严重后果。该类材料无法实现商品化，大大限制了碳化铬增强型镍铝基材料的市场化应用。改善相关焊接材料的焊接性能、工艺性能、力学性能有重要的应用价值。

发明内容

本申请解决的技术问题是克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种焊接性能优良，制备方便，堆焊层高温耐磨性能优秀的碳化铬增强型镍铝基高温耐磨堆焊用药芯焊丝及制备方法。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案包括：一种碳化铬增强型镍铝基高温耐磨堆焊用药芯焊丝，包括药芯和焊皮，所述药芯包括金属芯和金属粉，药芯填充于焊皮中（例如金属芯位于焊皮中间，金属粉填充在焊皮和金属芯之间），其中金属粉按质量百分比由以下组分组成：含Mn80%的锰铁粉1.5-3.5%，含钛70%的钛铁粉1.1-2.4%，含硼20%的硼铁粉1.1-2.4%，碳化铬粉60-85%，其余为铁粉，以上组分质量百分比之和为100%。

所述金属芯为纯铝丝，纯铝丝直径为0.9-1.4mm。

所述药芯焊丝通过多种脱氧元素协同联合脱氧，并与铝丝搭配协调，解决了碳化铬增强型镍铝基高温耐磨堆焊用药芯焊丝制备困难，焊接工艺性差，焊后容易开裂的问题，在保证高温耐磨性能的同时，显著提高镍铝基高温耐磨堆焊用药芯焊丝焊后韧性，从而能够获得性能均匀的镍铝基高温耐磨堆焊层。

所述焊皮（即药芯焊丝外层，也称外皮）为纯镍带。

优选的，上述金属粉由下述质量百分比的组分组成：含Mn80%的锰铁粉2.0-2.5%，含钛70%的钛铁粉1.3-1.7%，含硼20%的硼铁粉1.3-1.8%，碳化铬粉75-80%，其余为铁粉。

其中，所述碳化铬增强型镍铝基高温耐磨堆焊用药芯焊丝的填充率（指药芯与整个碳化铬增强型镍铝基高温耐磨堆焊用药芯焊丝的质量百分比）为40-50%，金属芯与金属粉的质量比为1：(7~9)。

进一步地，上述焊皮采用工业用的纯金属镍带，药芯中金属芯为工业用的纯金属铝丝，药芯中金属粉为工业用锰铁粉、钛铁粉、硼铁粉、铁粉、碳化铬粉。因此，成分中存在不可避免的杂质元素，如S、P、Si等。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案还包括：上述碳化铬增强型镍铝基高温耐磨堆焊用药芯焊丝的制备方法，具体由以下步骤制得：以纯镍带作为焊皮原料，以纯铝丝作为药芯金属芯，以锰铁粉、钛铁粉、硼铁粉、铁粉、碳化铬作为药芯金属粉组分，镍带与铝丝去油干燥、药芯金属粉混合配料并干燥，镍带轧制，与镍带等长的药芯金属芯和混合后的药芯金属粉装入焊皮中，拉拔减径成碳化铬增强型镍铝基高温耐磨堆焊用药芯焊丝。

其中，所述镍带的厚度为0.2~0.4mm、宽度为7.5~12mm。

其中，上述碳化铬增强型镍铝基高温耐磨堆焊用药芯焊丝直径为2.4~4.0mm，如2.4、3.0、4.0等。

采用上述技术方案，本申请技术方案的有益效果是：

本申请可以用于堆焊制造耐磨涂层或用于修复高温耐磨工件，堆焊后能够加工，具有极高高温耐磨性能，焊接性能工艺性能良好，适合于高温恶劣服役工件的表面堆焊，以及焊接接头制备。

附图说明

图1是本申请实施例相关技术指标示意图。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例对本发明所述的药芯焊丝进行解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

按照表1的成分制备不同直径的碳化铬增强型镍铝基高温耐磨堆焊用药芯焊丝（简称药芯焊丝），然后用常规堆焊方法堆焊在合金板表面形成堆焊层。用常规堆焊方法堆焊在304不锈钢上进行堆焊，堆焊后在摩擦磨损试验机上以灰铸铁为对磨材料进行往复式干摩擦实验得到各实施例在实验条件下的磨损量。摩擦磨损实验条件为:载荷15N，行程1mm，频率50Hz，时间10min，温度350℃。实验结果如图1所示。

表1 本申请实施例主要参数、金属粉质量百分配比及对应技术指标

由图1可知，例1-3堆焊层在350℃下磨损量远低于基体母材，其中实施例3的堆焊层磨损量最低。本申请方法得到的堆焊层硬度高，且具有良好可加工性，能够有效降低由应力引起的开裂问题。

需要注意的是，以上列举的仅为本申请的具体实施例，显然本申请不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本申请公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种碳化铬增强型镍铝基高温耐磨堆焊用药芯焊丝，包括药芯和焊皮，所述药芯包括金属芯和金属粉，药芯填充于焊皮中，其特征是：其中金属粉按质量百分比由以下组分组成：含Mn80%的锰铁粉1.5-3.5%，含钛70%的钛铁粉1.1-2.4%，含硼20%的硼铁粉1.1-2.4%，碳化铬粉60-85%，其余为铁粉，所述焊皮为纯镍带。

2.根据权利要求1所述碳化铬增强型镍铝基高温耐磨堆焊用药芯焊丝，其特征是：所述金属粉的质量百分比组分为：含Mn80%的锰铁粉2.0-2.5%，含钛70%的钛铁粉1.3-1.7%，含硼20%的硼铁粉1.3-1.8%，碳化铬粉75-80%，其余为铁粉。

3.根据权利要求1所述碳化铬增强型镍铝基高温耐磨堆焊用药芯焊丝，其特征是：所述金属芯为纯铝丝，纯铝丝直径为0.9-1.4mm。

4.根据权利要求1所述碳化铬增强型镍铝基高温耐磨堆焊用药芯焊丝，其特征是：所述碳化铬增强型镍铝基高温耐磨堆焊用药芯焊丝的填充率为40-50%，金属芯与金属粉的质量比为1：7～1：9。

5.一种权利要求1至4任一权利要求所述碳化铬增强型镍铝基高温耐磨堆焊用药芯焊丝的制备方法，其特征是包括以下步骤：以纯镍带作为焊皮原料，以纯铝丝作为药芯金属芯，以锰铁粉、钛铁粉、硼铁粉、铁粉、碳化铬粉作为药芯金属粉组分，镍带与铝丝去油干燥、药芯金属粉混合配料并干燥，镍带轧制、药芯金属芯和药芯金属粉装入焊皮中，拉拔减径成碳化铬增强型镍铝基高温耐磨堆焊用药芯焊丝。

6.根据权利要求5所述碳化铬增强型镍铝基高温耐磨堆焊用药芯焊丝的制备方法，其特征是：镍带的厚度为0.2~0.4mm、宽度为7.5~12mm。

7.根据权利要求5所述碳化铬增强型镍铝基高温耐磨堆焊用药芯焊丝的制备方法，其特征是：碳化铬增强型镍铝基高温耐磨堆焊用药芯焊丝直径为2.4~4.0mm。

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