CN113319272B - 型钢输送辊耐磨层用金属陶瓷粉末材料及耐磨层的制作方法 - Google Patents

型钢输送辊耐磨层用金属陶瓷粉末材料及耐磨层的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种型钢输送辊耐磨层用金属陶瓷粉末材料，它由质量分数为60％～70％的镍基合金和30％～40％的NiCr‑Cr3C2金属陶瓷组成；镍基合金的化学成分及质量百分比为：7～10％Cr、3～5％Mo、3～4％Si、1.5～2.0％B、<0.1％C、余量为Ni；NiCr‑Cr3C2由25％NiCr和75％Cr3C2组成。本发明型钢输送辊耐磨层的制作方法，包括以下步骤：①机加工；②前探伤；③激光熔覆：熔覆层包括两层，其中过渡层为铁基合金粉末，过渡层之上熔覆耐磨层，耐磨层的材料为本发明金属陶瓷粉末；④磨削；⑤后探伤。使用本发明的材料及方法加工后的型钢输送辊，其耐高温、耐磨损、耐冲击等性能显著改善，相应的使用寿命也大幅度提高。

Description

型钢输送辊耐磨层用金属陶瓷粉末材料及耐磨层的制作方法
技术领域
本发明涉及材料表面改性领域，特别涉及一种型钢输送辊耐磨层用金属陶瓷材料及加工方法。
背景技术
近几年来，我国钢铁行业迅猛发展，各种H型钢、工字钢、角钢等型钢制品产量激增。随着型钢产钢量的增加，型钢输送辊道的辊子消耗量也迅速增加，输送辊道巨大的成本消耗，严重制约了钢厂的发展。因此，如何提高输送辊的使用寿命成为型钢厂亟需解决的问题。型钢钢坯在经过轧制之后，经过输送辊道时，其温度高达800℃—900℃，即输送辊在工作时其辊面温度极高。同时，型钢移动速度较快，H型钢一般在5m/s，角钢速度更快能达到15m/s，且型钢钢材一般重量较大，输送辊要承受极大的冲击及摩擦作用。相应地，型钢输送辊需要具有优良的耐高温、耐磨损、耐冲击性能。其中，有的产线还有水冷却，这也对输送辊的耐冷热疲劳、耐腐蚀提出了较高的要求。
激光熔覆是指利用高能激光束作为热源，将同步送进或者预置的粉末材料与基体表面一起熔化，并且快速凝固形成具有一定功能熔覆层的一种表面处理技术。相比等离子喷焊、电弧堆焊等表面改性技术，激光熔覆具有热输入小、稀释率低、产生的残余应力及变形较小、组织细密等优势，目前在钢铁冶金、航空航天、机械制造等领域得到了较广泛的应用。
由于型钢输送辊工况极其恶劣，极易产生裂纹乃至剥落，采取一些方法提高其使用寿命，势必对钢铁企业降本增效起到关键作用。目前主要的方法包括整体铸造、堆焊耐磨层、镶嵌金属陶瓷环等：钢材整体铸造是在输送辊铸造时添加一些高合金材料，成本较高；堆焊则热输入较大、变形大且稀释率较大，需要堆焊多层减小影响，加之堆焊的焊前预热也使热输入极大，导致耐磨层晶粒粗大，力学性能降低；金属陶瓷环在较大的冲击载荷下极易破碎、剥落，价格高、寿命短。因此上述这些方法均难以满足型钢产线的使用需求。
目前常用的耐磨材料主要为各种陶瓷相，如WC、TiC等。型钢输送辊道使用最多的为WC颗粒，其存在一定的问题：WC密度相比于粘结相如镍基合金较大，不论在堆焊或者熔覆过程中，其易沉积于涂层底部，进而导致表面耐磨性显著降低；而且其热膨胀系数较小，与常用的粘结相如镍基合金差异较大，进而导致熔覆过程中极易产生裂纹。因此，目前采用镍基碳化钨材料进行型钢输送辊耐磨层的制备仍具有一定的缺点。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种型钢输送辊耐磨层制备用的金属陶瓷粉末材料，并且提供了采用激光熔覆的方式进行输送辊耐磨层制作的方法。使用本发明的材料及方法加工后的型钢输送辊，其耐高温、耐磨损、耐冲击等性能显著改善，相应的使用寿命也大幅度提高。
本发明型钢输送辊耐磨层用金属陶瓷粉末材料，它由质量分数为60％～70％的镍基合金和30％～40％的NiCr-Cr3C2金属陶瓷组成；镍基合金的化学成分及质量百分比为：7～10％Cr、3～5％Mo、3～4％Si、1.5～2.0％B、<0.1％C、余量为Ni；NiCr-Cr3C2由25％NiCr和75％Cr3C2组成。
其中，该金属陶瓷材料为机械混合粉末，镍基合金粒径为53μm-150μm，NiCr-Cr3C2粒径为45μm-90μm；镍基合金和NiCr-Cr3C2按比例混合后，在球磨机上混合4小时。
其中，金属陶瓷粉末材料的化学成分及质量百分比优选如下：60％～65％的镍基合金和35％～40％的NiCr-Cr3C2金属陶瓷。
其中，镍基合金的化学成分及质量百分比优选如下：8～9％Cr、4～5％Mo、3.5～4％Si、1.5～2.0％B、<0.05％C、余量为Ni。
本发明型钢输送辊耐磨层的制作方法，包括以下步骤：
①机加工：按照图纸对原始坯料进行机加工，其中辊子外圆车削至小于辊子最终尺寸4mm；
②前探伤：对机加工后的输送辊进行着色探伤和超声波探伤，确保辊子无裂纹、气孔、夹杂等缺陷；
③激光熔覆：熔覆层包括两层，其中过渡层为铁基合金粉末，过渡层之上熔覆耐磨层，耐磨层的材料为本发明金属陶瓷粉末；
④磨削：精磨输送辊辊面至最终所需尺寸及公差；
⑤后探伤：对精磨后的输送辊进行着色探伤和超声波探伤，确保辊子无裂纹、气孔等缺陷。
其中，步骤③激光熔覆：过渡层材料的化学成分及质量百分比为：4～5％Ni、16～18％Cr、1.5～2.5％Mo、0.5～1％Si、0.5～1％B、<0.1％C、余量为Fe。
其中，步骤③激光熔覆：过渡层熔覆的工艺参数为：矩形光斑尺寸3.7×19mm，激光功率4～5kW，扫描速度9～13mm/s，送粉速率50～70g/min，搭接率35％～50％。
其中，步骤③激光熔覆：耐磨层熔覆之前需要进行预热，预热温度为300～350℃。
其中，步骤③激光熔覆：耐磨层熔覆的工艺参数为：矩形光斑尺寸3.7×19mm，激光功率4.5～5.5kW，扫描速度8～12mm/s，送粉速率60～80g/min，搭接率35％～50％。
其中，步骤③激光熔覆：过渡层的厚度为1～1.1mm，耐磨层的厚度为1.3～1.5mm。
本发明型钢输送辊耐磨层制备用金属陶瓷粉末材料的原理及效果如下：
一、常见的陶瓷相、本发明材料中的镍基合金、Cr3C2和输送辊辊身常用材质45钢的物理性能如表1所示，可以看出：本发明中Cr3C2的密度、熔点、热膨胀系数均与本发明中镍基合金以及45钢最为接近。在熔覆过程中，由于Cr3C2相比其他陶瓷相与基体热膨胀系数差异最小，形成的热应力较小，有利于获得无裂纹缺陷的熔覆层；Cr3C2与粘结相镍基合金密度差异较小，在激光辐照形成的熔池中易发生溶质流动，形成的熔覆层中Cr3C均匀、弥散分布，显著提高耐磨性；Cr3C2在高温下仍具有较高的硬度以及极好的抗氧化性能，温度达到1100～1400℃才开始显著氧化，而型钢输送辊的工作温度在800～900℃左右，在此温度下，Cr3C2基本不会发生氧化。此外，本发明中NiCr相的加入，一方面会导致涂层硬度降低，耐磨性能变差，而另一方面则会提高涂层的韧性，进而使得涂层的耐冲击性能改善。经研究发现，当NiCr含量为25％时，其综合性能最佳。
表1 常见的陶瓷相、Cr3C2、镍基合金和45#钢的物理性能
材料 密度(g/cm<sup>2</sup>) 熔点(℃) 热膨胀系数(10<sup>-6</sup>K<sup>-1</sup>)
WC 15.7 2870 6.9
TiC 4.93 3140 7.7
Cr<sub>3</sub>C<sub>2</sub> 6.68 1890 10.3
Ni基合金 8.78 1095 15.5
45钢 7.85 1495 11.6
二、本发明的镍基合金为镍基自熔合金：3～4％Si、1.5～2.0％B，主要是降低合金熔点，形成低熔点共晶体，同时形成CrB等硬质相，使得合金的硬度及耐磨性有一定程度的提高；7～10％Cr，一方面可以提高合金的耐腐蚀性能，另一方面一定量的Cr元素可以在熔覆层表面形成Cr2O3保护层，可以提高合金的抗氧化性能，适应型钢输送辊的工作温度较高的情况；3～5％Mo提高合金的耐磨损性能，同时，Mo的原子半径较大，形成固溶体时产生的晶格畸变较大，可以显著强化γ基体，进而显著提高合金的高温强度。经测试，本发明的镍基合金硬度约为40HRC且耐磨性能好，而同样硬度的其它镍基合金的耐磨性相对较差。
三、本发明材料的合金碳含量极低，防止发生晶间腐蚀。
综上，相比于常规使用的镍基碳化钨等材料，本发明金属陶瓷材料兼具极好的耐磨损、耐高温、耐冲击、耐冷热疲劳、耐腐蚀等综合性能，同时具有较好的加工性能，即在熔覆过程中能显著降低出现裂纹等缺陷的概率，这主要是综合考虑多种元素单独及耦合作用的结果。
本发明的熔覆加工方法，除了具有激光熔覆本身的优势之外，过渡层+耐磨层的涂层设计也使得熔覆层具有较好的力学性能：由于型钢输送辊辊体材料硬度一般较低，如果直接熔覆一层耐磨层，极易发生压溃现象；而过渡层一方面具有45HRC以上的硬度，对耐磨层的耐磨性能有着补充作用，另一方面也避免了产生压溃现象。
因此，采用本发明金属陶瓷材料进行激光熔覆制作的型钢输送辊，其性能及使用寿命均有大幅度提升。经钢厂上线使用，其使用寿命相比于传统堆焊或者整体铸造的辊子提升了2～3倍。本发明制作的型钢输送辊使用寿命长且无需经常更换，降低了其使用成本。
附图说明
图1为本发明制作的型钢输送辊示意图；
图2为本发明熔覆耐磨层金相照片；
图3为实施例从基体到熔覆层的显微硬度图。
具体实施方式
本发明型钢输送辊耐磨层用金属陶瓷粉末材料，它由质量分数为60％～70％的镍基合金和30％～40％的NiCr-Cr3C2金属陶瓷组成；镍基合金的化学成分及质量百分比为：7～10％Cr、3～5％Mo、3～4％Si、1.5～2.0％B、<0.1％C、余量为Ni；NiCr-Cr3C2由25％NiCr和75％Cr3C2组成。
本发明型钢输送辊耐磨层的制作方法，包括以下步骤：①机加工：按照图纸对原始坯料进行机加工，其中辊子外圆车削至小于辊子最终尺寸4mm；②前探伤：对机加工后的输送辊进行着色探伤和超声波探伤，确保辊子无裂纹、气孔、夹杂等缺陷；③激光熔覆：熔覆层包括两层，其中过渡层为铁基合金粉末，过渡层之上熔覆耐磨层，耐磨层的材料为本发明金属陶瓷粉末；④磨削：精磨输送辊辊面至最终所需尺寸及公差；⑤后探伤：对精磨后的输送辊进行着色探伤和超声波探伤，确保辊子无裂纹、气孔等缺陷。
为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明材料、方法做进一步详细的说明。
实施例1
当型钢输送辊的基体材料为45#钢锻件、尺寸为
Figure BDA0003098570290000051
时，其加工方法为：
①机加工：按照图纸对原始坯料进行机加工，其中辊子外圆车削至
Figure BDA0003098570290000052
②前探伤：对机加工后的输送辊进行着色探伤和超声波探伤，确保辊子无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
③激光熔覆：熔覆层包括两层，其中过渡层为铁基合金粉末，过渡层之上熔覆耐磨层，耐磨层的材料为本发明金属陶瓷粉末；过渡层熔覆单边1mm，耐磨层熔覆单边1.4mm；耐磨层熔覆前需预热至350℃。
④磨削：精磨输送辊辊面至
Figure BDA0003098570290000053
⑤后探伤：对精磨后的输送辊进行着色探伤和超声波探伤，确保辊子无裂纹、气孔等缺陷。
其中，步骤③中的过渡层材料的化学成分及质量百分比为：4.7％Ni、16％Cr、2.5％Mo、1％Si、0.8％B、0.05％C、余量为Fe。步骤③中的过渡层熔覆工艺参数为：矩形光斑尺寸3.7×19mm，激光功率4.5kW，扫描速度11mm/s，送粉速率60g/min，搭接率40％。
其中，步骤③中的耐磨层材料由60％镍基合金和40％NiCr-Cr3C2组成。其中镍基合金的化学成分及质量百分比为：8％Cr、5％Mo、3.7％Si、1.8％B、0.05％C、余量为Ni。步骤③中的耐磨层熔覆工艺参数为：矩形光斑尺寸3.7×19mm，激光功率5kW，扫描速度8mm/s，送粉速率65g/min，搭接率45％。
本实施例中过渡层及耐磨层合金成分设计依据是：该输送辊道应用的产线为H型钢，此类型钢重量较大，受到的摩擦力较大，磨损极为严重。因此，选择40％的NiCr-Cr3C2作为强化相；合金中的Cr元素选取较低值，Mo元素取较高值，提高熔覆层耐磨性。
实施例2
当型钢输送辊的基体材料为35CrMo、尺寸为
Figure BDA0003098570290000054
时，其加工方法为：
①机加工：按照图纸对原始坯料进行机加工，其中辊子外圆车削至
Figure BDA0003098570290000061
②前探伤：对机加工后的输送辊进行着色探伤和超声波探伤，确保辊子无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
③激光熔覆：熔覆层包括两层，其中过渡层为铁基合金粉末，过渡层之上熔覆耐磨层，耐磨层的材料为本发明金属陶瓷粉末；过渡层熔覆单边1mm，耐磨层熔覆单边1.3mm；耐磨层熔覆前需预热至350℃。
④磨削：精磨输送辊辊面至
Figure BDA0003098570290000062
⑤后探伤：对精磨后的输送辊进行着色探伤和超声波探伤，确保辊子无裂纹、气孔等缺陷。
其中，步骤③中的过渡层材料的化学成分及质量百分比为：5％Ni、18％Cr、2％Mo、0.8％Si、0.8％B、0.05％C、余量为Fe。步骤③中的过渡层熔覆工艺参数为：矩形光斑尺寸3.7×19mm，激光功率4.2kW，扫描速度9mm/s，送粉速率60g/min，搭接率40％。
其中，步骤③中的耐磨层材料由60％镍基合金和40％NiCr-Cr3C2组成。其中镍基合金的化学成分及质量百分比为：10％Cr、4.5％Mo、3.2％Si、1.6％B、0.05％C、余量为Ni。步骤③中的耐磨层熔覆工艺参数为：矩形光斑尺寸3.7×19mm，激光功率4.8kW，扫描速度8mm/s，送粉速率65g/min，搭接率42％。
本实施例中过渡层及耐磨层合金成分设计依据是：该输送辊道应用的产线为角钢，运行速度高达16.5m/s，受到的冲击较大，磨损也较为严重。因此，选择40％的NiCr-Cr3C2作为强化相，提高其冲击性能；合金中的Cr、Ni元素选取较高值，Mo元素取较低值，提高其韧性。
实施例3
当型钢输送辊的基体材料为Q345、尺寸为
Figure BDA0003098570290000063
时，其加工方法为：
①机加工：按照图纸对原始坯料进行机加工，其中辊子外圆车削至
Figure BDA0003098570290000064
②前探伤：对机加工后的输送辊进行着色探伤和超声波探伤，确保辊子无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
③激光熔覆：熔覆层包括两层，其中过渡层为铁基合金粉末，过渡层之上熔覆耐磨层，耐磨层的材料为本发明金属陶瓷粉末；过渡层熔覆单边1.1mm，耐磨层熔覆单边1.3mm；耐磨层熔覆前需预热至350℃。
④磨削：精磨输送辊辊面至
Figure BDA0003098570290000065
⑤后探伤：对精磨后的输送辊进行着色探伤和超声波探伤，确保辊子无裂纹、气孔等缺陷。
其中，步骤③中的过渡层材料的化学成分及质量百分比为：5％Ni、18％Cr、2％Mo、0.8％Si、0.8％B、0.04％C、余量为Fe。步骤③中的过渡层熔覆工艺参数为：矩形光斑尺寸3.7×19mm，激光功率5kW，扫描速度13mm/s，送粉速率60g/min，搭接率50％。
其中，步骤③中的耐磨层材料由65％镍基合金和35％NiCr-Cr3C2组成。其中镍基合金的化学成分及质量百分比为：10％Cr、3％Mo、3％Si、1.5％B、0.05％C、余量为Ni。步骤③中的耐磨层熔覆工艺参数为：矩形光斑尺寸3.7×19mm，激光功率5.5kW，扫描速度11mm/s，送粉速率75g/min，搭接率40％。
本实施例中过渡层及耐磨层合金成分设计依据是：该输送辊道应用的产线为合金钢棒材，输送辊工作过程中有水冷，对于输送辊耐冷热疲劳及耐腐蚀性能要求较高。因此，熔覆层中NiCr-Cr3C2含量降低，合金中的Cr、Ni等元素选取较高值，Mo元素取较低值，提高熔覆层塑性及耐腐蚀性。
实施例4
当型钢输送辊的基体材料为ZG35Mn、尺寸为
Figure BDA0003098570290000071
时，其加工方法为：
①机加工：按照图纸对原始坯料进行机加工，其中辊子外圆车削至
Figure BDA0003098570290000072
②前探伤：对机加工后的输送辊进行着色探伤和超声波探伤，确保辊子无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
③激光熔覆：熔覆层包括两层，其中过渡层为铁基合金粉末，过渡层之上熔覆耐磨层，耐磨层的材料为本发明金属陶瓷粉末；过渡层熔覆单边1mm，耐磨层熔覆单边1.4mm；耐磨层熔覆前需预热至300℃。
④磨削：精磨输送辊辊面至
Figure BDA0003098570290000073
⑤后探伤：对精磨后的输送辊进行着色探伤和超声波探伤，确保辊子无裂纹、气孔等缺陷。
其中，步骤③中的过渡层材料的化学成分及质量百分比为：5％Ni、16％Cr、1.5％Mo、0.7％Si、0.7％B、0.05％C、余量为Fe。步骤③中的过渡层熔覆工艺参数为：矩形光斑尺寸3.7×19mm，激光功率4.5kW，扫描速度10mm/s，送粉速率55g/min，搭接率50％。
其中，步骤③中的耐磨层材料由70％镍基合金和30％NiCr-Cr3C2组成。其中镍基合金的化学成分及质量百分比为：7％Cr、3％Mo、3％Si、1.5％B、0.05％C、余量为Ni。步骤③中的耐磨层熔覆工艺参数为：矩形光斑尺寸3.7×19mm，激光功率5.2kW，扫描速度10mm/s，送粉速率70g/min，搭接率45％。
本实施例中过渡层及耐磨层合金成分设计依据是：该输送辊道应用的产线为无缝钢管，其承受的冲击较小且对于耐磨损性能要求一般。因此，金属陶瓷材料选择较低含量的陶瓷相，即选择30％的NiCr-Cr3C2作为强化相；合金中的合金元素均取较低值，可以在性能要求不高时降低成本。
为了验证采用本发明的材料及方法的效果，对制备的熔覆层进行了相应的性能测试，并与堆焊涂层及铸造试样进行了对比。实验主要包括600℃磨损实验测试其耐磨性能、850℃氧化实验测试其高温抗氧化性能、冲击试验测试其耐冲击性能等。其中，磨损实验是在高温端面摩擦磨损试验机上进行，试验温度为600℃，采用的摩擦副为Al2O3，磨损体积通过激光共聚焦显微镜得到。氧化实验是将试样加热至800℃，保温氧化24h，自然冷却至室温，然后进行称重，测量其氧化后增加的重量。冲击试验则在自制的落锤冲击试验机上进行，采用5kg钢球从不同高度下落依次冲击试样表面，根据裂纹判断试样可承受高度，进而计算冲击功数值。
试验结果如表2所示：
表2 不同涂层性能对比
Figure BDA0003098570290000081
从表2可以看出，采用本发明材料及方法制作的型钢输送辊，其耐磨损、耐高温、耐冲击等性能相比于堆焊或者铸造均有大幅度的提升，经上线使用，其寿命相比于传统堆焊或铸造，提高了2～3倍左右。
图2中图中白色圆形颗粒及条状物为Cr3C2，淡黄色基体则为镍基合金。从图2可以看出，由于Cr3C2与镍基合金基体密度相差不大，激光熔覆过程中熔池对流作用，Cr3C2颗粒均匀、弥散分布，进而显著提高基体的耐磨损性能。
图3为从输送辊基材到熔覆层顶部的硬度曲线。从图中可以看到，从基材到过渡层，硬度从250HV增加到420HV，硬度有着明显提升；耐磨层的硬度则在550HV-600HV左右。镍基合金基体硬度在40HRC左右，加入了30％-40％的NiCr-Cr3C2之后，硬度有着明显提升。因此，一方面Cr3C2颗粒本身耐磨性能优异，另一方面耐磨层整体硬度的提升又促使耐磨损性能提高。

Claims (9)

1. 型钢输送辊耐磨层用金属陶瓷粉末材料，其特征在于：它由质量分数为60%~70%的镍基合金和30%~40%的NiCr-Cr3C2金属陶瓷组成；镍基合金的化学成分及质量百分比为：7~10%Cr、3~5%Mo、3~4%Si、1.5~2.0%B、<0.1%C、余量为Ni；NiCr-Cr3C2由25%NiCr和75%Cr3C2组成；该金属陶瓷材料为机械混合粉末，镍基合金粒径为53μm -150μm，NiCr-Cr3C2粒径为45μm-90μm；镍基合金和NiCr-Cr3C2按比例混合后，在球磨机上混合4小时。
2.根据权利要求1所述的型钢输送辊耐磨层用金属陶瓷粉末材料，其特征在于：金属陶瓷粉末材料的化学成分及质量百分比如下：60%~65%的镍基合金和35%~40%的NiCr-Cr3C2金属陶瓷。
3.根据权利要求1所述的型钢输送辊耐磨层用金属陶瓷粉末材料，其特征在于：镍基合金的化学成分及质量百分比如下：8~9%Cr、4~5%Mo、3.5~4%Si、1.5~2.0%B、<0.05%C、余量为Ni。
4.型钢输送辊耐磨层的制作方法，包括以下步骤：
①机加工：按照图纸对原始坯料进行机加工，其中辊子外圆车削至小于辊子最终尺寸4mm；
②前探伤：对机加工后的输送辊进行着色探伤和超声波探伤，确保辊子无裂纹、气孔、夹杂缺陷；
③激光熔覆：熔覆层包括两层，其中过渡层为铁基合金粉末，过渡层之上熔覆耐磨层，耐磨层的材料为权利要求1-3任一所述的金属陶瓷粉末；
④磨削：精磨输送辊辊面至最终所需尺寸及公差；
⑤后探伤：对精磨后的输送辊进行着色探伤和超声波探伤，确保辊子无裂纹、气孔缺陷。
5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于：步骤③激光熔覆：过渡层材料的化学成分及质量百分比为：4~5%Ni、16~18%Cr、1.5~2.5%Mo、0.5~1%Si、0.5~1%B、<0.1%C、余量为Fe。
6.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于：步骤③激光熔覆：过渡层熔覆的工艺参数为：矩形光斑尺寸3.7×19mm，激光功率4~5kW，扫描速度9~13mm/s，送粉速率50~70g/min，搭接率35%~50%。
7.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于：步骤③激光熔覆：耐磨层熔覆之前需要进行预热，预热温度为300~350℃。
8.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于：步骤③激光熔覆：耐磨层熔覆的工艺参数为：矩形光斑尺寸3.7×19mm，激光功率4.5~5.5kW，扫描速度8~12mm/s，送粉速率60~80g/min，搭接率35%~50%。
9.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于：步骤③激光熔覆：过渡层的厚度为1~1.1mm，耐磨层的厚度为1.3~1.5mm。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113913722A (zh) * 2021-09-23 2022-01-11 泰尔(安徽)工业科技服务有限公司 无缝钢管轧制用芯棒的表面复合涂层及其制备方法
CN115055675B (zh) * 2022-07-11 2023-05-23 山东雷石智能制造股份有限公司 一种由碳化钨增强相复合粉末制得的涂层
CN115341210B (zh) * 2022-08-16 2023-12-19 泰尔(安徽)工业科技服务有限公司 一种轧机用复合阶梯垫及其加工方法
CN116043210A (zh) * 2022-11-01 2023-05-02 中煤北京煤矿机械有限责任公司 一种用于液压支架杆类零件的双层粉末高速激光熔覆方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5126104A (en) * 1991-06-06 1992-06-30 Gte Products Corporation Method of making powder for thermal spray application
CN1124786A (zh) * 1994-12-20 1996-06-19 青岛建筑工程学院 镍基合金-碳化铬硬面复合涂层材料及方法
CN1203960A (zh) * 1998-05-29 1999-01-06 宝山钢铁(集团)公司 一种镍基自熔性合金粉末
CN101003086A (zh) * 2006-11-27 2007-07-25 北京矿冶研究总院 一种Cr3C2－NiCr复合粉末制备技术
CN101988195A (zh) * 2010-12-08 2011-03-23 沈阳大学 一种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层的制备方法
CN104018032A (zh) * 2014-06-20 2014-09-03 温州大学 一种激光熔覆修复热轧辊的熔覆材料及方法
CN112518092A (zh) * 2020-11-17 2021-03-19 华北电力大学 基于等离子堆焊与激光熔覆技术的炉排片复合防护工艺
CN112680634A (zh) * 2020-12-11 2021-04-20 泰尔(安徽)工业科技服务有限公司 结晶器足辊修复用镍基合金粉末材料及修复方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI576330B (zh) * 2012-02-23 2017-04-01 財團法人工業技術研究院 提供防護性與導熱性塗層之方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5126104A (en) * 1991-06-06 1992-06-30 Gte Products Corporation Method of making powder for thermal spray application
CN1124786A (zh) * 1994-12-20 1996-06-19 青岛建筑工程学院 镍基合金-碳化铬硬面复合涂层材料及方法
CN1203960A (zh) * 1998-05-29 1999-01-06 宝山钢铁(集团)公司 一种镍基自熔性合金粉末
CN101003086A (zh) * 2006-11-27 2007-07-25 北京矿冶研究总院 一种Cr3C2－NiCr复合粉末制备技术
CN101988195A (zh) * 2010-12-08 2011-03-23 沈阳大学 一种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层的制备方法
CN104018032A (zh) * 2014-06-20 2014-09-03 温州大学 一种激光熔覆修复热轧辊的熔覆材料及方法
CN112518092A (zh) * 2020-11-17 2021-03-19 华北电力大学 基于等离子堆焊与激光熔覆技术的炉排片复合防护工艺
CN112680634A (zh) * 2020-12-11 2021-04-20 泰尔(安徽)工业科技服务有限公司 结晶器足辊修复用镍基合金粉末材料及修复方法

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