CN113953715B - 一种陶瓷颗粒焊丝及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷颗粒焊丝及其制备方法。其中陶瓷颗粒焊丝包括药芯和焊皮，其中药芯以重量份计，包括如下组份：碳化铌10‑20份,陶瓷颗粒115‑145份，高碳锰铁10‑20份,碳化硅20‑30份，还原铁粉230‑250份，增碳剂55‑65份，造渣剂12‑18份，铝镁合金10‑20份，冰晶石2‑5份。陶瓷颗粒含有碳化锆、碳化钛和碳化钨，陶瓷颗粒大小以X表示，X≤60目的占70%‑80%，60＜X≤80目占20‑30%。本发明的陶瓷颗粒焊丝堆焊后焊缝硬度达到HRC65以上，提高了耐磨性；多元合金系熔敷金属对辊面柱钉及合金辊面有更好的熔合性结合力，适合现场多次修复使用。

Description

一种陶瓷颗粒焊丝及其制备工艺
技术领域
本发明涉及耐磨堆焊材料技术领域，具体涉及一种陶瓷颗粒焊丝及其制备工艺。
背景技术
辊压机辊压物料的技术目前广泛的使用于水泥生料石灰石的辊压、水泥熟料的辊压、各种矿石的辊压，影响其整体运行时间的最薄弱环节就是辊面的耐磨使用寿命，由于辊子的材质以及高压剪切力的原因，硬面耐磨焊丝堆焊后的结合力以及耐磨性就成为了辊压机使用寿命的关键环节。
中国专利文献CN113478121A公开了一种陶瓷颗粒增强Cu基药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：镍粉35％～45％，钛粉2％～6％，硼粉2％～6％，铬粉4％～8％，碳化硅5％～15％，其余为铜，以上组分质量百分比之和为100％。该药芯焊丝能够改善耐蚀性、耐磨性，提高铜-钢复合件的使用寿命。
中国专利文献CN113319463A公开了一种金属基陶瓷颗粒焊丝及其制备工艺，金属基陶瓷颗粒焊丝包括药芯和包裹在药芯外的焊丝外皮，所述焊丝外皮采用纯钴、纯镍或纯铁的焊带制成，所述药芯的填充率为50～70％，所述药芯中含有重量百分比为80％以上的陶瓷颗粒，所述陶瓷颗粒的大小为60～150目，所述陶瓷颗粒为WC、SiC、NbC、CrC、TiC中的至少一种。它解决了焊丝填充率小，陶瓷颗粒百分含量少，熔敷金属陶瓷颗粒分布不均、溶解较大等带来的熔敷金属耐磨性不高的问题。
中国专利文献CN111139385A公开了一种含陶瓷颗粒的铝合金焊丝及其制备方法和应用。该铝合金焊丝按重量百分比包含如下元素：Zn：12.5-14.5％，Mg：1.8-3.0％，Cu：3.0-4.5％，Zr：0.02-0.3％，Cr：0.03-0.3％，Fe：0.01-0.4％，Si：0.01-0.3％，Mn：0.01-0.4％，TiB2陶瓷颗粒≤6％，余量为Al；其中，TiB2陶瓷颗粒的粒径为1微米-10微米。该含陶瓷颗粒的铝合金焊丝提高焊缝强度和热稳定性。
申请人结合多年来在水泥行业为维修辊压机的堆焊辊、复合辊、柱钉辊的经验，经过多次配方组合实验，遂有了本发明。
发明内容
因此，本发明的目的在于提出一种陶瓷颗粒焊丝及其制备工艺，该陶瓷颗粒焊丝堆焊后焊缝硬度高，而且经该焊丝焊后熔敷金属与工件的的结合力以及耐磨性都得到提高。
所采用的技术方案为：
本发明的一种陶瓷颗粒焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯以重量份计，包括如下组份：
碳化铌 10-20份,
陶瓷颗粒 115-145份，
高碳锰铁 10-20份,
碳化硅 20-30份，
还原铁粉 230-250份，
增碳剂 55-65份，
造渣剂 12-18份，
铝镁合金 10-20份，
冰晶石 2-5份。
所述陶瓷颗粒含有碳化锆、碳化钛和碳化钨，陶瓷颗粒大小以X表示，X≤60目的占70%-80%，60＜X≤80目占20-30%。
进一步地，所述增碳剂为木炭粉、焦炭粉或石墨。
进一步地，所述造渣剂为金红石或大理石。
进一步地，所述铝镁合金中的铝与镁的重量比为4-6:4。
进一步地，所述镁合金中的铝与镁的重量比为6:4。
进一步地，所述镁合合金为镁合合金粉，粒度为≥60目。
进一步地，所述陶瓷颗粒焊丝的硬度达到HRC65以上。
本发明的一种上述方案所述的陶瓷颗粒焊丝的制备方法，包括如下步骤：
S1.预处理：造渣剂在200℃下烘干8-12小时，然后再500℃高温烘干1-3小时；还原铁粉在防止氧化的条件下烘干，烘干温度不大于300℃；然后药芯各组分混合烧结，预熔钝化；钢带预处理退火；防止氧化的条件例如在充满惰性气体的条件下烘干。惰性气体例如氮气或氩气。
S2.以预熔钝化后的药芯作为焊丝药芯，以钢带作为焊丝外皮，在焊丝自动成型机上制成药芯焊丝，即为陶瓷颗粒焊丝。
进一步地，步骤S2中，钢带为0.35mm×16mm，药芯的填充率为47%±0.5%。填充率一般为体积百分比。
进一步地，制备粗的陶瓷颗粒焊丝的丝径φ为2.8mm±0.2mm。
在上述技术方案中，
陶瓷颗粒吸水率低，耐吸潮，对药芯焊丝防潮性起到了良好的作用。陶瓷颗粒流动性好，使药粉在搅拌过程中各种成分易均匀稳定，对于后续的拉拔过程更加流畅，熔敷金属的化学成分、力学性能更加均匀稳定；
适当加入高碳锰铁、碳化铌，细化陶瓷颗粒焊丝内部的组织颗粒，焊后组织形成弥散分布的超硬质点碳化铌颗粒，能够增加陶瓷颗粒焊丝焊后组织的韧性和耐磨性；
加入碳化钨，碳化钨的熔点很高，所以它基本上不熔化而存在于焊缝中，“镶嵌”甚至“钎接”在基体上，提高了堆焊层的耐磨性；
增加造渣剂，更有利于陶瓷颗粒焊丝焊后的结合力和稳定性，减少了陶瓷颗粒焊丝焊后焊缝的应力裂纹，更能减少由于腐蚀带来的基层腐蚀导致的陶瓷颗粒焊丝堆焊层的失效及疲劳。
在制备方法中，提前烘干更有利于杂质的减少，以及水分的溢出，有利于减少焊接过程中的气孔及夹渣。
高碳锰铁是由锰、铁组成的合金。锰铁根据其含碳量不同分为三类：低碳类：碳不大于0.7%；中碳类：碳不大于0.7%至2.0%；高碳类：碳不大于2.0%至8.0%。
综上，本发明的有益效果在于：
一方面，陶瓷颗粒焊丝堆焊后焊缝硬度达到HRC65以上，又提高了耐磨性。
另一方面，陶瓷颗粒焊丝为多元合金系组合，对辊面柱钉及合金辊面有更好的熔合性和结合力，在提高堆焊层硬度的同时也适度增加了堆焊层的韧性，特别适合现场多次修复使用。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明，但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。
实施例1
本实施例的一种陶瓷颗粒焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯以重量份计，包括如下组份：
碳化铌 10份,
陶瓷颗粒 115份，
高碳锰铁 10份,
碳化硅 20份，
还原铁粉 230份，
增碳剂 55份，
造渣剂 12份，
铝镁合金 10份，
冰晶石 2份。
陶瓷颗粒含有碳化锆、碳化钛和碳化钨，陶瓷颗粒大小以X表示，X≤60目的占总重量的75%，60＜X≤80目占重量的25%。
增碳剂为木炭粉。造渣剂为金红石。
镁合金中的铝与镁的重量比为6:4。镁合合金为镁合合金粉，粒度为≥60目。
本实施例的陶瓷颗粒焊丝的制备方法，包括如下步骤：
S1.预处理：造渣剂在200℃下烘干8-12小时，然后再500℃高温烘干1-3小时；还原铁粉在防止氧化的条件下烘干，烘干温度不大于300℃；然后药芯各组分混合烧结，预熔钝化；钢带预处理退火；
S2.以预熔钝化后的药芯作为焊丝药芯，以钢带作为焊丝外皮，在焊丝自动成型机上制成药芯焊丝，即为陶瓷颗粒焊丝。
进一步地，步骤S2中，钢带为0.35mm×16mm，药芯的填充率为47%±0.5%。
进一步地，制备粗的陶瓷颗粒焊丝的丝径φ为2.8mm±0.2mm。。
实施例2
参照实施例1，与实施例1不同的是，本实施例的一种陶瓷颗粒焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯以重量份计，包括如下组份：
碳化铌 15份,
陶瓷颗粒 130份，
高碳锰铁 15份,
碳化硅 25份，
还原铁粉 240份，
增碳剂 60份，
造渣剂 15份，
铝镁合金 15份，
冰晶石 4份。
陶瓷颗粒含有碳化锆、碳化钛和碳化钨，陶瓷颗粒大小以X表示，X≤60目的占72%，60＜X≤80目占28%。
增碳剂为焦炭粉。造渣剂为大理石。
制备方法参照实施例1。
实施例3
参照实施例1，与实施例1不同的是本实施例的一种陶瓷颗粒焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯以重量份计，包括如下组份：
碳化铌 20份,
陶瓷颗粒 145份，
高碳锰铁 20份,
碳化硅 30份，
还原铁粉 250份，
增碳剂 65份，
造渣剂 18份，
铝镁合金 20份，
冰晶石 5份。
陶瓷颗粒含有碳化锆、碳化钛和碳化钨，陶瓷颗粒大小以X表示，X≤60目的占总重量的78%，60＜X≤80目占总重量的22%。
增碳剂为石墨。
造渣剂为大理石。
制备方法参照实施例1。
将实施例1-3制得的陶瓷颗粒焊丝进行性能测试。
测试一：
采用激光焊焊接方法，堆焊层厚度为4mm，堆焊层表面宏观硬度HRC65以上，实施例1-3制得的陶瓷颗粒焊丝的焊丝耐磨指数均为8以上。并且焊接过程中熔敷金属层均成型性良好，无裂纹、剥离及夹渣等缺陷。
其中，耐磨指数为实施例中的评估焊丝性能的一种方法，指数范围为1-10，数值越大性能越好。
测试二：
采用ASTM E8 金属拉伸试验标准进行测试，实施例1-3制得的陶瓷颗粒焊丝焊后的试件经拉拔后的屈服强度为552-570MPa；延伸率为17%-19%。
试件经拉拔后良好的屈服强度和延伸率，证明经陶瓷颗粒焊丝焊后对辊面柱钉及合金辊面有更好的结合力，该焊丝更适合现场多次修复使用。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种陶瓷颗粒焊丝，其特征在于，包括药芯和焊皮，其中药芯以重量份计，由如下组份组成：
碳化铌10-20份,
陶瓷颗粒115-145份，
高碳锰铁10-20份,
碳化硅20-30份，
还原铁粉230-250份，
增碳剂55-65份，
造渣剂12-18份，
铝镁合金10-20份，
冰晶石2-5份；
所述陶瓷颗粒含有碳化锆、碳化钛和碳化钨，陶瓷颗粒大小以X表示，X≤60目的占70%-80%，60＜X≤80目占20-30%。
2.根据权利要求1所述的陶瓷颗粒焊丝，其特征在于，所述增碳剂为木炭粉、焦炭粉或石墨。
3.根据权利要求1所述的陶瓷颗粒焊丝，其特征在于，所述造渣剂为金红石或大理石。
4.根据权利要求1所述的陶瓷颗粒焊丝，其特征在于，所述铝镁合金中的铝与镁的重量比为4-6:4。
5.根据权利要求4所述的陶瓷颗粒焊丝，其特征在于，所述铝镁合金中的铝与镁的重量比为6:4。
6.根据权利要求4所述的陶瓷颗粒焊丝，其特征在于，所述铝镁合金为铝镁合金粉，粒度为≥60目。
7.根据权利要求1所述的陶瓷颗粒焊丝，其特征在于，所述陶瓷颗粒焊丝的硬度达到HRC65以上。
8.一种权利要求1-7任一所述的陶瓷颗粒焊丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.造渣剂在200℃下烘干8-12小时，然后再500℃高温烘干1-3小时；还原铁粉在防止氧化的条件下烘干，烘干温度不大于300℃；然后药芯各组分混合烧结，预熔钝化；钢带预处理退火；
S2.以预熔钝化后的药芯作为焊丝药芯，以钢带作为外皮，在焊丝自动成型机上制成药芯焊丝，即为陶瓷颗粒焊丝。
9.根据权利要求8任一所述的陶瓷颗粒焊丝的制备方法，其特征在于，步骤S2中，钢带为0.35mm×16mm，药芯的填充率为47%±0.5%。
10.根据权利要求9所述的陶瓷颗粒焊丝的制备方法，其特征在于，制备出的陶瓷颗粒焊丝的丝径φ为2.8mm±0.2mm。
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