CN116426804A - 一种低摩擦特种合金粉末材料及制作方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于先进材料技术领域，涉及绿色再制造、熔覆材料，具体涉及一种低摩擦特种合金粉末材料及制作方法与应用。按照质量份数计，由以下原料构成：镍基自熔性合金粉末包覆WC的粉末70～90份，TC4粉末5～15份，WS2粉末5～10份。本发明提供的低摩擦特种合金粉末材料能够降低摩擦系数，同时保合金层具有良好的使用性能，从而能够在挖斗或铲斗内形成满足应用场景的熔覆层。
Description
技术领域
本发明属于先进材料技术领域，涉及绿色再制造、熔覆材料，具体涉及一种低摩擦特种合金粉末材料及制作方法与应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
在大型矿山生产过程中，挖掘机和装载机的工作效率是整个生产体系的最关键生产指标。挖斗或铲斗的耐磨性差会导致维修频次增加，降低有效作业率；同时，由于部分矿山的矿石(粉)粘性较大，挖斗或铲斗内时常发生严重粘料现象；由于清理粘料极为困难，导致挖斗或铲斗的有效容积大幅减小，矿山大型机械在相同时间内的有效作业量大幅下降，致使矿山开采成本飙升。为了在较小的成本内，提高耐磨、抗弯等能力，通常需要在挖掘机挖斗内部安装一个相契合的衬板材料，通过衬板避免挖掘物料和挖斗的直接冲击和摩擦，保护挖斗。在挖掘作业过程中，为了提高工作效率，不仅需要有优良的耐磨、抗弯能力，还需要减少挖掘时挖斗内部粘连的残留物，因此还必须减少其摩擦系数。但是据发明人研究了解，目前基于装载机铲斗应用场景的研发还是空白。
发明内容
为了解决矿挖斗或铲斗内时常发生严重粘料现象，本发明的目的是提供一种低摩擦特种合金粉末材料及制作方法与应用，本发明提供的低摩擦特种合金粉末材料能够降低摩擦系数，同时保合金层具有良好的使用性能，从而能够在挖斗或铲斗内形成满足应用场景的熔覆层。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
第一方面，一种低摩擦特种合金粉末材料，按照质量份数计，由以下原料构成：
镍基自熔性合金粉末包覆WC的粉末70～90份，TC4粉末5～15份，WS2粉末5～10份。
本发明通过在镍基自熔性合金粉末包覆WC的粉末中添加特定量的TC4粉末、WS2粉末，通过产生润滑相，从而降低摩擦系数；WS2具有层状晶体结构，表现出优异的润滑性能且在560℃左右时可被分解成W和S，S不仅可以与镍基自熔性合金粉末中的Cr生成CrxSy，还可以和TC4粉末中的Ti生成TiS，这二者都是自润滑相。WC是陶瓷材料，可以细化晶粒，显著增强覆层表面硬度，降低摩擦系数，大幅度增加耐磨性，使用包覆WC可以有效地降低WC团聚的现象。
另一方面，一种上述低摩擦特种合金粉末材料的制备方法，将镍基自熔性合金粉末包覆WC的粉末、TC4粉末、WS2粉末进行球磨混合，干燥，即得。
本发明的低摩擦特种合金粉末材料的制备方法简单、产品质量稳定，且具有较高的硬度和耐磨性，较小的摩擦系数。
第三方面，一种上述低摩擦特种合金粉末材料在激光熔覆中的应用。
采用本发明的复合材料粉末利用激光熔覆技术得到的熔覆层能够保证其低摩擦系数和高硬度，摩擦系数在0.29左右硬度可达671HV，且能保证其在42CrMo等挖掘机挖斗或装载机铲斗材质的基体上具有良好的润湿性。
第四方面，一种挖掘机挖斗和/或装载机铲斗，内表面设置熔覆层，熔覆层的材质为上述低摩擦特种合金粉末材料。
本发明的有益效果为：
本发明在镍基自熔性合金粉末包覆WC的粉末中添加特定量的TC4粉末、WS2粉末，通过产生润滑相，从而降低摩擦系数；WS2具有层状晶体结构，表现出优异的润滑性能且在560℃左右时可被分解成W和S，S不仅可以与镍基自熔性合金粉末中的Cr生成CrxSy，还可以和TC4粉末中的Ti生成TiS，这二者都是自润滑相。WC是陶瓷材料，可以细化晶粒，显著增强覆层表面硬度，降低摩擦系数，大幅度增加耐磨性，使用包覆WC可以有效地降低WC团聚的现象。且具有较高的硬度和耐磨性。复合粉末制备简便、易操作、成本低、实用性强，易于推广。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了解决挖斗或铲斗内时常发生严重粘料现象，本发明提出了一种低摩擦特种合金粉末材料及制作方法与应用。
本发明的一种典型实施方式，提供了一种低摩擦特种合金粉末材料，按照质量份数计，由以下原料构成：
镍基自熔性合金粉末包覆WC的粉末70～90份，TC4粉末5～15份，WS2粉末5～10份。
本发明通过镍基自熔性合金粉末包覆WC的粉末、TC4粉末、WS2粉末按一定质量分数混合形成的低摩擦力特种合金粉末是通过WS2高温分解产生的S和Cr与Ti生成具有润滑作用的CrxSy和TiS从而达到减小摩擦系数的结果。
在一些实施例中，镍基自熔性合金粉末为NiCrBSi粉末。
在一些实施例中，镍基自熔性合金粉末包覆WC的粉末中WC的质量分数为10～20％。优选为12～18％，进一步优选为13～17％，更进一步优选为15％。
在一些实施例中，镍基自熔性合金粉末包覆WC的粉末的粒度为125～300目。
在一些实施例中，TC4的粒度为600～1200目。
在一些实施例中，WS2的粒度为12000～13000目。
本发明的另一种实施方式，提供了一种上述低摩擦特种合金粉末材料的制备方法，将镍基自熔性合金粉末包覆WC的粉末、TC4粉末、WS2粉末进行球磨混合，干燥，即得。
本发明采用行星式球磨机进行球磨。
在一些实施例中，球磨混合的时间80～120min，转速为80～120r/min。
在一些实施例中，干燥的温度为800～120℃，时间为120～240min。
本发明的第三种实施方式，提供了一种上述低摩擦特种合金粉末材料在激光熔覆中的应用。
具体地，步骤如下：
(1)将低摩擦特种合金粉末材料粉末用无水乙醇均匀混合预置于基体表面；
(2)在惰性气氛保护下，进行激光熔覆。
更为具体地，所述惰性气氛为氩气。采用高纯氩气(纯度为99.999％)效果更好。
更为具体地，激光熔覆的参数为：激光功率800～1400W，扫描速度为4～8mm/s。
本发明第四种实施方式，提供了一种挖掘机挖斗和/或装载机铲斗，内表面设置熔覆层，熔覆层的材质为上述低摩擦特种合金粉末材料。
所述熔覆层采用上述在激光熔覆中的应用的方式进行。
具体地，以挖掘机挖斗和/或装载机铲斗为基体，在其内表面先采用无水乙醇将低摩擦特种合金粉末材料混合均匀并进行预涂覆，然后在高纯氩气的保护下，进行激光熔覆，激光熔覆的参数为：激光功率800～1400W，扫描速度为4～8mm/s。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
以下实施例1～2中，NiCrBSi粉末组成元素及质量分数为：C:0.7％，B:4％，Si:4.0％，Cr:15％，Fe:3.8％，余量为Ni；TC4粉末组成元素及质量分数为：Al：5.8％，V：3.8％，O：0.2％，Si：0.15％，Ti余量。
实施例1：
本实施例的低摩擦力特种合金粉末按质量百分比组成如下：80％NiCrBSi包覆质量分数15％WC(市售，125～300目)+10％TC4粉末(市售，625目)+5％WS2(市售，12500目)粉末组成，基体为42CrMo。
采用上述原料组生产低摩擦力特种合金粉末和熔覆层的方法为：
步骤1：将混合粉末加入行星式球磨机中，采用氧化铝研磨球研磨上述复合粉末，设置球料比为4:1，混粉时间为240min，球磨机转速100r/min。混粉结束后使用干燥箱进行干燥处理，干燥箱设置温度为100℃，干燥时间为240min。干燥完成后得到低摩擦力特种合金粉末。
步骤2：采用预制式铺粉方式，粉末层厚度在0.8mm～1.2mm。
步骤3：在激光熔覆时，采用氩气作为保护气体熔覆成型，当功率变化时，要适当调整扫描速度和光斑直径。激光功率为1000W，扫描速度为5mm/s，光斑直径3mm。
实施例2：
本实施例的低摩擦力特种合金粉末按质量百分比组成如下：
80％NiCrBSi包覆15％WC+10％TC4粉末+10％WS2粉末组成，基体为42CrMo。
制备低摩擦力特种合金粉末和熔覆层的方法与实施例1相同。
表1
实施例的组分和熔覆层的性能如表1所示。表1表明实施例1～2在基体42CrMo表面形成的激光熔覆层，不仅具有更低的摩擦系数，而且具有较高的硬度，有利于应用至挖掘机挖斗和/或装载机铲斗。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低摩擦特种合金粉末材料，其特征是，按照质量份数计，由以下原料构成：
镍基自熔性合金粉末包覆WC的粉末70～90份，TC4粉末5～15份，WS2粉末5～10份。
2.如权利要求1所述的低摩擦特种合金粉末材料，其特征是，镍基自熔性合金粉末为NiCrBSi粉末。
3.如权利要求1所述的低摩擦特种合金粉末材料，其特征是，镍基自熔性合金粉末包覆WC的粉末中WC的质量分数为10～20％；优选为12～18％，进一步优选为13～17％，更进一步优选为15％。
4.如权利要求1所述的低摩擦特种合金粉末材料，其特征是，镍基自熔性合金粉末包覆WC的粉末的粒度为125～300目；
或，TC4的粒度为600～1200目；
或，WS2的粒度为12000～13000目。
5.一种权利要求1～4任一所述的低摩擦特种合金粉末材料的制备方法，其特征是，将镍基自熔性合金粉末包覆WC的粉末、TC4粉末、WS2粉末进行球磨混合，干燥，即得。
6.如权利要求5所述的低摩擦特种合金粉末材料的制备方法，其特征是，球磨混合的时间80～120min，转速为80～120r/min。
7.如权利要求5所述的低摩擦特种合金粉末材料的制备方法，其特征是，干燥的温度为800～120℃，时间为120～240min。
8.一种权利要求1～4任一所述的低摩擦特种合金粉末材料在激光熔覆中的应用。
9.如权利要求8所述的低摩擦特种合金粉末材料在激光熔覆中的应用，其特征是，所述惰性气氛为氩气；
或，激光熔覆的参数为：激光功率800～1400W，扫描速度为4～8mm/s。
10.一种挖掘机挖斗和/或装载机铲斗，其特征是，所述挖掘机挖斗和/或装载机铲斗的内表面设置熔覆层，所述熔覆层的材质为权利要求1～4任一所述的低摩擦特种合金粉末材料。
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