CN115821256A

CN115821256A - 应用于矿山设备强化延寿激光熔覆专用的稀土合金粉末材料

Info

Publication number: CN115821256A
Application number: CN202211701888.2A
Authority: CN
Inventors: 田立辉; 魏世丞; 田世光; 王玉江; 王艾泉; 王东波; 王欣竹; 张海军
Original assignee: Individual
Current assignee: Shandong Lihui Heavy Industry Co ltd
Priority date: 2022-12-16
Filing date: 2022-12-16
Publication date: 2023-03-21

Abstract

本发明涉及一种应用于矿山设备强化延寿激光熔覆专用的稀土合金粉末材料，其特征在于，其包括0.1‑0.25％的C，0.05‑0.5％的Si，1.0‑1.6％的Mn，0.5‑1.1％的Cr，0.05‑0.25％的P，0.005‑0.010％的S，0.15‑0.20％的Als，余量的Fe和不可避免的杂质；其中，以上各种元素的含量为重量百分比含量。利用本发明的激光熔覆用合金粉末进行熔覆所获得的矿山设备具有良好的成形性，熔覆之后不容易产生裂纹，而且，表面硬度、使用寿命、熔覆层与金属基体的结合强度、耐盐雾性能这四项的综合性能良好。

Description

应用于矿山设备强化延寿激光熔覆专用的稀土合金粉末材料

技术领域

本发明涉及一种应用于矿山设备强化延寿激光熔覆专用的稀土合金粉末材料。

背景技术

随着激光熔覆技术的发展，针对稀土在激光熔覆涂层中的作用已进行了大量研究。将稀土氧化物引入到激光熔覆试验过程当中，是为了充分发挥稀土材料所具有的活性效应，以此来有效改善激光熔覆层的组织与性能。激光熔覆用合金粉末，其存在两方面的技术问题。第一方面：由于该激光熔覆用合金粉末中含有P元素，所以容易有裂纹的发生，第二方面：在激光熔覆用合金粉末的成分和配比改变之后，激光熔覆用合金粉末在成型之后的综合性能需要能够得到保证或者有进一步的提升，也就是说，此处的综合性能是指，表面硬度、使用寿命、熔覆层与金属基体的结合强度、耐盐雾性能这四项的综合性能。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种应用于矿山设备强化延寿激光熔覆专用的稀土合金粉末材料，利用本发明的激光熔覆用合金粉末进行熔覆所获得的矿山设备具有良好的成形性，熔覆之后不容易产生裂纹，而且，表面硬度、使用寿命、熔覆层与金属基体的结合强度、耐盐雾性能这四项的综合性能良好。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种应用于矿山设备强化延寿激光熔覆专用的稀土合金粉末材料，其包括0.1-0.25％的C，0.05-0.5％的Si，1.0-1.6％的Mn，0.5-1.1％的Cr，0.05-0.25％的P，0.005-0.010％的S，0.15-0.20％的Als，余量的Fe和不可避免的杂质；其中，以上各种元素的含量为重量百分比含量。

作为一种改进的技术方案，该激光熔覆用合金粉末为粉末状，该激光熔覆用合金粉末的粒径为微米级别，颗粒大小为50～270目。

作为一种改进的技术方案，该激光熔覆用合金粉末还可含有少量的Ni。

作为一种改进的技术方案，该激光熔覆用合金粉末还可含有少量的Ti。

作为一种改进的技术方案，该激光熔覆用合金粉末还可含有少量的Nb。

作为一种改进的技术方案，该激光熔覆用合金粉末还可含有少量的Mo。

作为一种改进的技术方案，该激光熔覆用合金粉末还可含有少量的Ce。

作为一种改进的技术方案，该激光熔覆用合金粉末还可含有少量的B。

根据本发明的技术方案的激光熔覆用合金粉末，其可以用激光器熔覆于矿山设备的表面，所形成的矿山设备不会产生裂纹，并且所形成的矿山设备具有良好的表面硬度、使用寿命、熔覆层与金属基体的结合强度。由于对矿山设备并没有特殊的要求，所以，本发明的激光熔覆用组合物也可以激光熔覆于其他金属基体的表面。对于本发明的激光熔覆用合金粉末在熔覆之后，熔覆层硬度能够达到30HRC以上，矿井中使用寿命为5年以上，熔覆层与矿山设备的结合强度能够达到310MPa以上。根据本发明的技术方案的激光熔覆用合金粉末，由于该激光熔覆合金粉末的粉末粒径选择恰当，因此，在激光熔覆过程中有良好的流动性能，即粉末状的激光熔覆合金粉末在漏下的过程中，速度均匀一致。根据本发明的技术方案的激光熔覆用合金粉末，为本领域的技术人员提供了更多的选择方案，也就是说在激光熔覆用组合物中还可以根据需要加入一些其他的功能性元素。变质作用：稀土元素的添加可以显著细化涂层的组织。改善高温力学性能：在加热的时候，在合金中添加稀土元素能够抑制晶粒生长，达到强化金属及合金高温断裂抗力的作用。净化材料中有害物质的作用：稀土元素具有非常活泼的化学性质，因此会和掺杂在金属或合金中的磷、硫等元素产生作用，从而形成较为稳定的化合物，所以可以判断出稀土元素具有减少存在于固溶体中杂质的能力，从而增强熔覆层的力学性能。强化作用：在低固溶率的金属里，稀土元素能够与其他金属产生微合金化作用，细化晶粒组织，强化涂层性能。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种应用于矿山设备强化延寿激光熔覆专用的稀土合金粉末材料，其包括0.1-0.25％的C，0.05-0.5％的Si，1.0-1.6％的Mn，0.5-1.1％的Cr，0.05-0.25％的P，0.005-0.010％的S，0.15-0.20％的Als，余量的Fe和不可避免的杂质；其中，以上各种元素的含量为重量百分比含量。该激光熔覆用合金粉末为粉末状，该激光熔覆用合金粉末的粒径为微米级别，颗粒大小为50～270目。

首先需要说明的是，本发明的激光熔覆用合金粉末的各种元素的种类以及含量是专门针对于激光熔覆而开发的合金粉末，虽然在现有技术中对各种元素的作用有各种说明，但是本发明的激光熔覆用合金粉末的各种元素和含量配合良好，生产出的具有熔覆层的立柱，不容易产生裂纹，而且，表面硬度、使用寿命、熔覆层与金属基体的结合强度、耐盐雾性能这四项的综合性能良好。只要在本发明的元素种类和配合比例的范围内，就能够得到综合性能好的具有熔覆层的立柱。本发明的激光熔覆用合金粉末不能与简单合金粉末比较，因为激光熔覆技术中，激光的加工面积小而能量大，并且时间短，以上的各种合金粉末在熔化之后，融化体中的各种元素均匀分布，并且在成型之后还需要加工去除一部分熔覆层上层的物质，所以为了得到综合性能良好的熔覆层等，发明人经过多次试验以及潜心专研，终于获得了本发明的以上的激光熔覆用合金粉末。

该激光熔覆用合金粉末还可含有0.3-0.8％的Ni，0.010-0.050％的Ti，0.010-0.040％的Nb，0.15-0.55％的Mo，0.0005-0.001％的Ce，0.001-0.006％的B。

以下是对该应用于矿山设备强化延寿激光熔覆专用的稀土合金粉末材料的各个成分元素的分析；

钢中的含碳(C)量增加，钢的强度和耐磨性增强，但是当钢的含碳量超过0.20％时，钢的耐腐蚀性变差，因此用于矿山设备熔覆的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20％。而本发明的激光熔覆用合金粉末的含碳量在0.25％以下，在熔覆以后，完全可以满足这些性能。

硅(Si)在激光熔覆过程中起到良好的脱氧造渣作用，另外，硅能够提高熔覆合金钢的硬度和强度。但是，含硅量超过1.5％时，将显著降低钢的塑性和韧性。在本发明的技术方案中，激光熔覆用合金粉末中的硅含量为0.05-0.5％，能够较好地发挥其上述的各项性能。

锰(Mn)是良好的脱氧剂和脱硫剂。合金粉末中含有一定量的锰，它能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。在本发明的技术方案中，锰的含量为1.0-1.6％，可以起到脱氧和脱硫的作用。

铬(Cr)能够使矿山设备用激光熔覆合金钢具有良好的耐腐蚀性能。另外铬能增加钢的淬透性并且有二次硬化的作用，可以提高钢的硬度和耐磨性。

磷(P)元素能够使矿山设备用激光熔覆合金钢具有良好的耐腐蚀性能，含磷的材料能够综合金属材料和生物陶瓷材料的优点，具有良好的应用价值。在本发明的技术方案中，磷的含量为1.0-1.6％。

硫(S)元素能够与其他元素形成激光熔覆的耐磨层，从而增加激光熔覆层的耐磨。在本发明的技术方案中，硫的含量为0.005-0.010％。

酸溶铝(Als)能够减少熔覆材料中氧的含量，从而保证熔覆层不会出现气泡之类的，保证了熔覆层的完整性。在本发明的技术方案中，酸溶铝的含量为0.15-0.20％。

钛(Ti)能够增加熔覆材料的弥散强化作用。在本发明的技术方案中，钛的含量为0.010-0.050％。

铌(Nb)元素的加入能够提供富铌的形核剂，减少了CrB沉淀相的结构尺寸，熔覆层中Cr7C3的生长被抑制，降低了熔覆层中粗大碳化物相的比例，熔覆层的耐磨性能提高了五倍。在本发明的技术方案中，铌的含量为0.010-0.040％，

钼(Mo)元素与铁发生反应生成钼铁，可以和碳化硼反应生成TiB2,表面成形较好,内部无夹渣、裂纹等缺陷。组织致密,硬质相呈均匀弥散分布。复合相熔覆层的磨损机制主要为显微切削和粘着磨损。由于熔覆层具有较高的平均显微硬度(1100HV0.3左右),使得熔覆层在磨损过程中难于发生塑性变形,因而具有优异的耐磨性能。在相同的试验条件下,复合涂层的磨损失重约为Q235的1/25。即熔覆层的耐磨性约为Q235的25倍。在本发明的技术方案中，钼的含量为0.15-0.55％，

铈(Ce)元素的加入能够增加熔覆层的硬度，减少裂纹的发生。在本发明的技术方案中，铈的含量为0.0005-0.001％，

硼(B)元素能够与钛铁与钼铁发生碳化硼反应生成TiB2,TiC以及MoC等陶瓷颗粒,有效地增强了涂层的耐磨性。在本发明的技术方案中，硼的含量为0.001-0.006％

镍(Ni)元素的加入，能够提高矿山设备用激光熔覆合金钢的耐腐蚀性能和塑韧性。在本发明的技术方案中，镍的含量为0.3-0.8％。以下是对于上述应用于矿山设备强化延寿激光熔覆专用的稀土合金粉末材料制成的材料性能的力学性能要求表格：

薄规格NM400耐磨钢板用户焊接工艺试验：

包钢NM400与进口耐磨钢板采用抗拉强度550Mpa的进口焊丝L56，相同的焊接工艺焊接后进行钢板性能对比。包钢NM400耐磨钢板对接焊接后侧弯曲180°，未出现裂纹，优于进口钢板冷弯性能，热影响区、熔合区、焊缝区的布氏硬度值与进口钢板相当。具体数据如下表所示：

稀土耐磨钢主要产品的性能表格如下所示：

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种应用于矿山设备强化延寿激光熔覆专用的稀土合金粉末材料，其特征在于，其包括0.1-0.25％的C，0.05-0.5％的Si，1.0-1.6％的Mn，0.5-1.1％的Cr，0.05-0.25％的P，0.005-0.010％的S，0.15-0.20％的Als，余量的Fe和不可避免的杂质；其中，以上各种元素的含量为重量百分比含量。

2.根据权利要求1所述的应用于矿山设备强化延寿激光熔覆专用的稀土合金粉末材料，其特征在于，该激光熔覆用合金粉末为粉末状，该激光熔覆用合金粉末的粒径为微米级别，颗粒大小为50～270目。

3.根据权利要求1或2任一项所述的应用于矿山设备强化延寿激光熔覆专用的稀土合金粉末材料，其特征在于，该激光熔覆用合金粉末还可含有少量的Ni。

4.根据权利要求1-3任一项所述的应用于矿山设备强化延寿激光熔覆专用的稀土合金粉末材料，其特征在于，该激光熔覆用合金粉末还可含有少量的Ti。

5.根据权利要求1-4任一项所述的应用于矿山设备强化延寿激光熔覆专用的稀土合金粉末材料，其特征在于，该激光熔覆用合金粉末还可含有少量的Nb。

6.根据权利要求1-5任一项所述的应用于矿山设备强化延寿激光熔覆专用的稀土合金粉末材料，其特征在于，该激光熔覆用合金粉末还可含有少量的Mo。

7.根据权利要求1-6任一项所述的应用于矿山设备强化延寿激光熔覆专用的稀土合金粉末材料，其特征在于，该激光熔覆用合金粉末还可含有少量的Ce。

8.根据权利要求1-7任一项所述的应用于矿山设备强化延寿激光熔覆专用的稀土合金粉末材料，其特征在于，该激光熔覆用合金粉末还可含有少量的B。