CN117548667B - 一种合金粉末及利用其制备钛合金钻杆接头耐磨带的方法 - Google Patents
一种合金粉末及利用其制备钛合金钻杆接头耐磨带的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117548667B CN117548667B CN202311569195.7A CN202311569195A CN117548667B CN 117548667 B CN117548667 B CN 117548667B CN 202311569195 A CN202311569195 A CN 202311569195A CN 117548667 B CN117548667 B CN 117548667B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alloy powder
- powder
- wear
- alloy
- resistant belt
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 241
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 142
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 142
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 74
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims abstract description 38
- 238000004372 laser cladding Methods 0.000 claims abstract description 35
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- MRVGWCZKSIQZPS-UHFFFAOYSA-N [Cr].[Ni].[Si].[B] Chemical compound [Cr].[Ni].[Si].[B] MRVGWCZKSIQZPS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 21
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 12
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 11
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 11
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 11
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 10
- UNASZPQZIFZUSI-UHFFFAOYSA-N methylidyneniobium Chemical compound [Nb]#C UNASZPQZIFZUSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 7
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 6
- 229910000623 nickel–chromium alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 6
- 229910000883 Ti6Al4V Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- 229910021193 La 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 20
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 11
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 8
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 8
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 6
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 6
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 3
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 2
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CFOAUMXQOCBWNJ-UHFFFAOYSA-N [B].[Si] Chemical compound [B].[Si] CFOAUMXQOCBWNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/12—Metallic powder containing non-metallic particles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
- C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
- C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
- C23C24/103—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明涉及材料加工领域，具体公开了一种合金粉末及利用其制备钛合金钻杆接头耐磨带的方法。所述合金粉末包括第一合金粉末和第二合金粉末，其中，所述第一合金粉末包括如下质量份数的组分：40‑50份的钛合金粉末，40‑45份的镍铬合金粉末和4‑8份的碳化物粉末；所述第二合金粉末包括如下质量份数的组分：1‑10份的AlCrCoFeNi系高熵合金粉末，70‑90份的镍铬硼硅合金粉末和0.5‑1.5份的第三副族稀土氧化物粉末。本发明利用宽光斑激光熔覆和超高速激光熔覆工艺结合将其制成兼具高硬度和高耐磨性的钛合金钻杆接头耐磨带，有效解决了现有技术中所用钻杆接头耐磨带易产生裂纹，耐磨性差，硬度有限且熔覆效率低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及材料加工领域，具体公开了一种合金粉末及利用其制备钛合金钻杆接头耐磨带的方法。
背景技术
钛合金钻杆强度高、密度小、耐腐蚀强特别适合钻探超深井，但钛合金耐磨损性差，必须在钻杆接头处熔覆耐磨带；由于钛合金热膨胀系数远软低于镍基合金和铁基合金且由于钛合金导热系数低于镍基合金和铁基合金，在熔覆的热过程造成很大热应力进而造成熔覆层存在较多裂纹，特别是在熔覆层和钛合金结合面中尤其严重，导致过早钻杆失效，钛合金钻杆接头耐磨带没有裂纹是至关重要的。
为了解决上述问题，现有技术中通过添加碳化钨来提高钛合金钻杆接头耐磨带的耐磨性能，也有通过预热手段以提高钛合金钻杆接头耐磨带的硬度来预防出现裂纹，且预热需要采用中频感应加热方式对钛合金钻杆接头耐磨带焊接区域加热600℃-750℃。但是，实验证明添加碳化钨会导致钻杆接头耐磨带对套管过度磨损甚至导致套管磨穿，使套管失效，造成重大损失。而预热手段虽然一定程度上提高了耐磨带的硬度，但是预热温度越高需要的升温时间增长，能耗越多，有可能影响钛合金钻杆的整体性能。因此，研发一种熔覆效率优异，能耗低，能制得高硬度无裂纹，耐磨性好且质量稳定的钛合金钻杆耐磨带对于石油开采领域具有重要意义。
发明内容
针对现有技术中，钛合金钻杆接头耐磨带易产生裂纹，耐磨性差，硬度有限且加工工艺能耗高，熔覆效率低的技术问题，本发明提供了一种合金粉末及利用其制备钛合金钻杆接头耐磨带的方法。本发明所述合金粉末分为第一合金粉末和第二合金粉末。其中，第一合金粉末包括钛合金粉末、镍铬合金粉末和碳化物粉末，第二合金粉末包括AlCrCoFeNi系高熵合金粉末、镍铬硼硅合金粉末和第三副族稀土氧化物粉末。本发明利用宽光斑激光熔覆工艺结合超高速激光熔覆工艺将第一合金粉末制成钛合金钻杆接头耐磨带的底层，将第二合金粉末制成钛合金钻杆接头耐磨带的面层，使所得钛合金钻杆接头耐磨带兼具耐磨和高硬度，且不易产生裂纹，质量稳定，能耗较低，为钛合金钻杆的制备提供了更多可能性。
为达到上述发明目的，本发明提供了如下的技术方案：
本发明第一方面提供了一种合金粉末，所述合金粉末包括第一合金粉末和第二合金粉末；
所述第一合金粉末包括如下质量份数的组分：40-50份的钛合金粉末，40-45份的镍铬合金粉末和4-8份的碳化物粉末，其中，所述碳化物粉末为碳化铌和碳化钛的混合物；
所述第二合金粉末包括如下质量份数的组分：5-30份的AlCrCoFeNi系高熵合金粉末，70-95份的镍铬硼硅合金粉末和0.5-1.5份的第三副族稀土氧化物粉末。
相比于现有技术，本发明提供了一种合金粉末，所述合金粉末包括第一合金粉末和第二合金粉末。所述第一合金粉末包括钛合金粉末、镍铬合金粉末和碳化物粉末，其中，所述碳化物粉末为碳化铌和碳化钛的混合物。钛合金粉末的强度高，密度低，耐腐蚀性好，但硬度低且耐磨性差；而镍铬合金粉末虽然具有高强度和耐腐蚀性，但缺点是耐磨性有限。由此可以看出，单一的金属合金粉末其性能有限，并不能兼具高硬度和高耐磨性能。因此，本发明以钛合金粉末、镍铬合金粉末和碳化物粉末结合，碳化铌和碳化钛均具有高熔点，他们在熔池中率先凝固成细小颗粒并为其他组织凝固成核基点，可以显著细化熔覆层晶粒，提高熔覆层韧性，降低其应力，相当于对金属基层进行改性，使之不仅具有金属的强度和韧性，又有碳化物的高耐磨性、高硬度和良好的耐腐蚀性。但是考虑到钛合金钻杆接头耐磨带的耐磨性和耐蚀性高要求，本发明在第一合金粉末的基础上又添加了第二合金粉末。
第二合金粉末由AlCrCoFeNi系高熵合金粉末、镍铬硼硅合金粉末和第三副族稀土氧化物粉末组成。现有技术中，多采用镍铬硼硅合金粉末作为耐磨带的原料，镍铬硼硅合金的高硬度主要靠Cr和Fe的碳化物或复合碳化物和硼化物，但其耐磨性差且韧性低。因此，本发明将AlCrCoFeNi系高熵合金粉末和第三副族稀土氧化物粉末与之复配，高熵合金和稀土氧化物的掺入大幅度提升了镍铬硼硅合金粉末的耐磨性，且一定程度上缩小了镍铬硼硅合金粉末与第一合金粉末的膨胀系数差，膨胀系数差值越大，加热和冷却过程热应力越大，越容易产生裂纹。综上所述，本发明所提供的合金粉末具有高硬度、高耐磨性和耐腐蚀性，且各原料之间具有适度的膨胀系数差，避免了加工时热应力过大产生裂纹。
优选的，所述钛合金为Ti-6Al-4V合金。
优选的，所述碳化铌和碳化钛的质量比为1:1-1.5。
优选的，所述AlCrCoFeNi系高熵合金粉末的化学通式为AlxCrCoFeNi2，其中0.2≤x≤0.6。
优选的，所述镍铬硼硅合金粉末的化学成分的重量百分比为：Cr:14％-19％，Si:3.5％-5.0％，B:3.0％-4.5％，C:0.5％-1.0％，Fe:2.0％-8.0％，余量为Ni和不可避免的杂质。
所述镍铬合金粉末的化学成分的重量百分比为：Ni:56％-70％，Cr:23％-30％，Zr:1％-3％，Ru:0.1％-0.2％和余量的Fe以及不可避免的杂质。
优选的，所述第三副族稀土氧化物粉末为CeO2、La2O3或Y2O3中的任意一种或多种。
进一步优选的，所述AlCrCoFeNi系高熵合金粉末的制备方法包括如下步骤：
S1、以铝粉、铬粉、钴粉、铁粉和镍粉为原料，按照原子摩尔比计算称取各原料粉末，混合均匀，得所述混合金属粉末；
S2、在惰性氛围下，将所述混合金属粉末于球磨机中以500rpm-800rpm的转速球磨20h-30h，干燥1h-3h，得所述AlCrCoFeNi系高熵合金粉末。
更进一步优选的，所述球磨的球料比为10-15:1-2。
更进一步优选的，所述干燥的温度为120℃-150℃。
优选的，所述第一合金粉末的粒度范围为10μm-150μm。
优选的，所述第二合金粉末的粒度范围为5μm-80μm。
本发明第二方面提供了一种利用所述合金粉末制备钛合金钻杆接头耐磨带的方法，包括如下步骤：
步骤一、将待处理的钛合金钻杆接头基体进行清洁、磨削处理，得预处理的钛合金钻杆接头基体；
步骤二、在惰性氛围下，采用宽光斑激光熔覆工艺将第一合金粉末熔覆在预处理的钛合金钻杆接头基体表面，得底层耐磨带；
步骤三、在惰性氛围下，当底层耐磨带的温度为350℃-550℃时，采用超高速激光熔覆工艺将第二合金粉末熔覆在底层耐磨带表面，得面层耐磨带，冷却，加工至要求尺寸，得钛合金钻杆接头耐磨带。
激光熔覆工艺具有冷却速度快，结晶组织细，耐磨性好等优点，但是热应力大，容易造成裂纹缺陷产生。因此，本发明通过控制合适的合金粉末原料，采用宽光斑激光熔覆工艺结合超高速激光熔覆工艺，大大降低了激光熔覆工艺产生的热应力，避免钛合金钻杆接头耐磨带由于热应力过大而出现裂纹缺陷的问题。
优选的，步骤二中，所述宽光斑激光熔覆工艺的激光扫描方向与钻杆接头周线的切线平行。
优选的，步骤三中，所述超高速激光熔覆工艺的激光扫描方向垂直于所述宽光斑激光熔覆工艺的激光扫描方向。
本发明设置底层耐磨带和面层耐磨带制备时所用激光扫描方向互相垂直，可以减少熔覆层内应力，特别是减少基体和底层结合处应力，避免底层耐磨带出现裂纹缺陷。
优选的，步骤二中，所述底层耐磨带的熔覆厚度为0.8mm-1.2mm。
优选的，步骤三中，所述面层耐磨带的熔覆厚度为1.0mm-1.2mm。
优选的，步骤二中，所述宽光斑激光熔覆工艺的工艺参数为：激光功率5000W-6000W，光斑长23.0mm-25.0mm，宽1.0mm-2.0mm，扫描线速度为800mm/min-1000mm/min，搭接率7％-9％，送粉速率为60g/min-90g/min。
优选的，步骤三中，所述超高速激光熔覆工艺的工艺参数为：激光功率2500W-3000W，光斑直径1.5mm-2mm，扫描线速度为25m/min-35m/min，搭接率70％-80％，送粉速率为60g/min-85g/min。
优选的，步骤三中，所述超高速激光熔覆产生的光斑圆心与步骤二中所述宽光斑激光熔覆产生的光斑中心的距离为80mm-150mm。
综上所述，本发明提供了一种合金粉末及利用其制备钛合金钻杆接头耐磨带的方法。本发明以钛合金粉末、镍铬合金粉末和碳化物粉末混合为第一合金粉末，以AlCrCoFeNi系高熵合金粉末、镍铬硼硅合金粉末和第三副族稀土氧化物粉末混合为第二合金粉末，采用宽光斑激光熔覆工艺结合超高速激光熔覆工艺将第一合金粉末制备为钛合金钻杆接头耐磨带的底层，将第二合金粉末制备为钛合金钻杆接头耐磨带的面层。双层耐磨带的结构使所得钛合金钻杆接头耐磨带兼具耐磨和高硬度，且不易产生裂纹，质量稳定。且本发明所用激光熔覆加工工艺熔覆效率高，无需中频炉预热，能耗较低。本发明有效解决了现有技术中，钛合金钻杆接头耐磨带易产生裂纹，耐磨性差，硬度有限且加工工艺能耗高，熔覆效率低的问题。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供了一种合金粉末，具体包括如下内容：
所述合金粉末包括第一合金粉末和第二合金粉末，其中第一合金粉末包括如下质量份数的组分：450g的Ti-6Al-4V合金粉末，430g的镍铬合金粉末和70g的碳化物粉末，其中，碳化物粉末为质量比1:1的碳化铌粉末和碳化钛粉末；
第二合金粉末包括如下质量份数的组分：180g的Al0.4CrCoFeNi2高熵合金粉末、850g的镍铬硼硅合金粉末和10g的Y2O3粉末。
其中，Al0.4CrCoFeNi2高熵合金粉末的制备方法如下：
S1、称取6.7g铝粉、32.1g铬粉、36.4g钴粉、34.5g铁粉和70.3g镍粉，混合均匀，得所述混合金属粉末；
S2、在惰性氛围下，按球料比10:1将所述混合金属粉末于行星式球磨机中以600rpm的转速球磨25h，于150℃干燥2h，得所述Al0.4CrCoFeNi2高熵合金粉末。
所述镍铬硼硅合金粉末化学成分的重量百分比为：Cr:18.7％，Si:3.5％，B:4.5％，C:0.7％，Fe:6.0％，余量为Ni和不可避免的杂质。
所述镍铬合金粉末化学成分的重量百分比为：Ni:60.5％，Cr:24.7％，Zr:1.9％，Ru:0.1％和余量的Fe和不可避免的杂质。
实施例2
本实施例提供了一种合金粉末，具体包括如下内容：
所述合金粉末包括第一合金粉末和第二合金粉末，其中第一合金粉末包括如下质量份数的组分：400g的Ti-6Al-4V合金粉末，450g的镍铬合金粉末和50g的碳化物粉末，其中，碳化物粉末为质量比1:1.5的碳化铌粉末和碳化钛粉末；
第二合金粉末包括如下质量份数的组分：50g的Al0.2CrCoFeNi2高熵合金粉末、950g的镍铬硼硅合金粉末和5g的La2O3粉末。
其中，Al0.2CrCoFeNi2高熵合金粉末的制备方法如下：
S1、称取0.9g铝粉、9.1g铬粉、10.3g钴粉、9.8g铁粉和19.9g镍粉，混合均匀，得所述混合金属粉末；
S2、在惰性氛围下，按球料比15:2将所述混合金属粉末于行星式球磨机中以800rpm的转速球磨20h，于120℃干燥3h，得所述Al0.2CrCoFeNi2高熵合金粉末。
所述镍铬硼硅合金粉末化学成分的重量百分比为：Cr:14.7％，Si:5.0％，B:3.0％，C:0.5％，Fe:8.0％，余量为Ni和不可避免的杂质。
所述镍铬合金粉末化学成分的重量百分比为：Ni:56.4％，Cr:29.8％，Zr:3.0％，Ru:0.15％和余量的Fe和不可避免的杂质。
实施例3
本实施例提供了一种合金粉末，具体包括如下内容：
所述合金粉末包括第一合金粉末和第二合金粉末，其中第一合金粉末包括如下质量份数的组分：500g的Ti-6Al-4V合金粉末，430g的镍铬合金粉末和70g的碳化物粉末，其中，碳化物粉末为质量比1:1.2的碳化铌粉末和碳化钛粉末；
第二合金粉末包括如下质量份数的组分：180g的Al0.6CrCoFeNi2高熵合金粉末、450g的镍铬硼硅合金粉末和4g的CeO2粉末。
其中，Al0.6CrCoFeNi2高熵合金粉末的制备方法如下：
S1、称取6.7g铝粉、32.1g铬粉、36.4g钴粉、34.5g铁粉和70.3g镍粉，混合均匀，得所述混合金属粉末；
S2、在惰性氛围下，按球料比10:1.5将所述混合金属粉末于行星式球磨机中以550rpm的转速球磨30h，于130℃干燥2.5h，得所述Al0.6CrCoFeNi2高熵合金粉末。
所述镍铬硼硅合金粉末化学成分的重量百分比为：Cr:18.3％，Si:4.7％，B:3.8％，C:0.9％，Fe:2.4％，余量为Ni和不可避免的杂质。
所述镍铬合金粉末化学成分的重量百分比为：Ni:69.3％，Cr:23.1％，Zr:1.4％，Ru:0.2％和余量的Fe和不可避免的杂质。
实施例4
本实施例提供一种钛合金钻杆接头耐磨带，所用合金粉末为实施例1所得合金粉末，具体包括如下步骤：
步骤一、将待处理的钛合金钻杆接头基体进行清洁、磨削处理，得预处理的钛合金钻杆接头基体；
步骤二、在惰性氛围下，采用宽光斑激光熔覆工艺以激光功率为5000W，光斑长为23.0mm，宽为1.5mm，扫描线速度为800mm/min，搭接率为8％，送粉速率为80g/min，激光扫描方向与钻杆接头周线的切线平行将第一混合合金粉末熔覆在预处理的钛合金钻杆接头基体表面，熔覆厚度为1.0mm，得底层耐磨带；
步骤三、在惰性氛围下，当底层耐磨带的温度为350℃时，采用超高速激光熔覆工艺以激光功率为2500W，光斑直径为1.5mm，扫描线速度为35m/min，搭接率为75％，送粉速率为80g/min，激光扫描方向垂直宽光斑扫描方向将第二混合合金粉末熔覆在底层耐磨带表面，熔覆厚度为0.8mm，冷却，加工至要求尺寸，得所述钛合金钻杆接头耐磨带。
其中，面层熔覆产生的光斑圆心与底层熔覆产生的光斑中心的距离为80mm。
实施例5
本实施例提供一种钛合金钻杆接头耐磨带，所用合金粉末为实施例2所得合金粉末，具体包括如下步骤：
步骤一、将待处理的钛合金钻杆接头基体进行清洁、磨削处理，得预处理的钛合金钻杆接头基体；
步骤二、在惰性氛围下，采用超高速激光熔覆工艺以激光功率为5500W，光斑长为24.0mm，宽为2.0mm，扫描线速度为900mm/min，搭接率为7％，送粉速率为60g/min，激光扫描方向与钻杆接头周线的切线平行将第一混合合金粉末熔覆在预处理的钛合金钻杆接头基体表面，熔覆厚度为1.0mm，得底层耐磨带；
步骤三、在惰性氛围下，当底层耐磨带的温度为450℃时，采用超高速激光熔覆工艺以激光功率为2800W，光斑直径为2.0mm，扫描线速度为30m/min，搭接率为70％，送粉速率为85g/min，激光扫描方向垂直于宽光斑扫描方向将第二混合合金粉末熔覆在底层耐磨带表面，熔覆厚度为1.0mm，冷却，加工至要求尺寸，得所述钛合金钻杆接头耐磨带。
其中，面层熔覆产生的光斑圆心与底层熔覆产生的光斑中心的距离为150mm。
实施例6
本实施例提供一种钛合金钻杆接头耐磨带，所用合金粉末为实施例3所得合金粉末，具体包括如下步骤：
步骤一、将待处理的钛合金钻杆接头基体进行清洁、磨削处理，得预处理的钛合金钻杆接头基体；
步骤二、在惰性氛围下，采用超高速激光熔覆工艺以激光功率为6000W，光斑长为25.0mm，宽为2.0mm，扫描线速度为1000mm/min，搭接率为9％，送粉速率为90g/min，激光扫描方向与钻杆接头周线的切线平行将第一混合合金粉末熔覆在预处理的钛合金钻杆接头基体表面，熔覆厚度为1.2mm，得底层耐磨带；
步骤三、在惰性氛围下，当底层耐磨带的温度为550℃时，采用超高速激光熔覆工艺以激光功率为3000W，光斑直径为2.0mm，扫描线速度为25m/min，搭接率为80％，送粉速率为60g/min，激光扫描方向与宽光斑扫描方向垂直将第二混合合金粉末熔覆在底层耐磨带表面，熔覆厚度为0.9mm，冷却，加工至要求尺寸，得所述钛合金钻杆接头耐磨带。
其中，面层熔覆产生的光斑圆心与底层熔覆产生的光斑中心的距离为120mm。
对比例1
本对比例提供一种合金粉末，所用合金粉末与实施例1所述合金粉末相比，所述碳化物粉末为碳化钨粉末，其他组分与制备工艺不变，此处不再赘述。
对比例2
本对比例提供一种合金粉末，所用合金粉末与实施例1所述合金粉末相比，将所述Al0.4CrCoFeNi2高熵合金粉末替换为TiCrCoFeNi高熵合金粉末，其他组分与制备工艺不变，此处不再赘述。
其中，TiCrCoFeNi高熵合金粉末的制备方法如下：
S1、称取31.7g钛粉、34.4g铬粉、39.1g钴粉、37.1g铁粉和37.7g镍粉，混合均匀，得所述混合金属粉末；
S2、在惰性氛围下，按球料比10:1将所述混合金属粉末于行星式球磨机中以600rpm的转速球磨25h，于150℃干燥2h，得所述TiCrCoFeNi高熵合金粉末。
对比例3
本对比例提供一种合金粉末，所用合金粉末与实施例1所述合金粉末相比，将所述Y2O3粉末替换为等量的Zr2O3，其他组分与制备工艺不变，此处不再赘述。
对比例4
本对比例提供一种钛合金钻杆接头耐磨带，与实施例4相比不同的是采用对比例1所述的合金粉末，其他工艺和组分不发生改变，此处不再赘述。
对比例5
本对比例提供一种钛合金钻杆接头耐磨带，与实施例4相比不同的是采用对比例2所述的合金粉末，其他工艺和组分不发生改变，此处不再赘述。
对比例6
本对比例提供一种钛合金钻杆接头耐磨带，与实施例4相比不同的是采用对比例3所述的合金粉末，其他工艺和组分不发生改变，此处不再赘述。
为进一步体现本发明的技术效果，本发明对实施例4-6和对比例4-6所得钛合金钻杆接头耐磨带进行了硬度测试，摩擦磨损测试和荧光渗透无损检测。其中，硬度测试采用显微硬度仪根据GB/T2654-2008进行测试；摩擦磨损测试根据GB/T12444-2006进行测试，上试验块采用硬度约为HV1400的硬质合金YG8，下试验环为带有耐磨涂层的对磨试验环，试验载荷200N，转速200r/min，时间60min。材料耐磨性以磨损失重量标定，每种材料测试3组，取平均值；荧光渗透无损检测根据JB/T4730.5-2005进行测试。测试结果如表1所示。
表1实施例4-6和对比例4-6所得钛合金钻杆接头耐磨带的性能测试结果
| 项目 | 硬度(HV) | 失重量(mg) | 无损测试结果 |
| 实施例4 | 817 | 35 | 无裂纹缺陷 |
| 实施例5 | 793 | 41 | 无裂纹缺陷 |
| 实施例6 | 801 | 39 | 无裂纹缺陷 |
| 对比例4 | 662 | 94 | 有细小裂纹 |
| 对比例5 | 678 | 89 | 有细小裂纹 |
| 对比例6 | 694 | 83 | 无裂纹缺陷 |
根据表1可以看出，本发明实施例4-6提供的钛合金钻杆接头耐磨带具有高硬度和高耐磨性，也不易出现裂纹缺陷，且本发明所提供的熔覆方法简单，无需中频炉预热，能耗较低。本发明有效解决了现有技术中钛合金钻杆接头耐磨带易产生裂纹，耐磨性差，硬度有限且加工工艺能耗高，熔覆效率低的技术问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种合金粉末，其特征在于：所述合金粉末包括第一合金粉末和第二合金粉末；
所述第一合金粉末包括如下质量份数的组分：40-50份的钛合金粉末，40-45份的镍铬合金粉末和4-8份的碳化物粉末，其中，所述碳化物粉末为碳化铌和碳化钛的混合物；
所述第二合金粉末包括如下质量份数的组分：5-30份的AlCrCoFeNi系高熵合金粉末，70-95份的镍铬硼硅合金粉末和0.5-1.5份的第三副族稀土氧化物粉末；所述钛合金为Ti-6Al-4V合金；
所述碳化铌和碳化钛的质量比为1:1-1.5；
所述AlCrCoFeNi系高熵合金粉末的化学通式为AlxCrCoFeNi2，其中0.2≤x≤0.6；
所述镍铬硼硅合金粉末的化学成分的重量百分比为：Cr:14％-19％，Si:3.5％-5.0％，B:3.0％-4.5％，C:0.5％-1.0％，Fe:2.0％-8.0％，余量为Ni和不可避免的杂质；
所述镍铬合金粉末的化学成分的重量百分比为：Ni:56％-70％，Cr:23％-30％，Zr:1％-3％，Ru:0.1％-0.2％和余量的Fe以及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的合金粉末，其特征在于：所述第三副族稀土氧化物粉末为CeO2、La2O3或Y2O3中的任意一种或多种。
3.如权利要求1所述的合金粉末，其特征在于：所述AlCrCoFeNi系高熵合金粉末的制备方法包括如下步骤：
S1、以铝粉、铬粉、钴粉、铁粉和镍粉为原料，按照原子摩尔比计算称取各原料粉末，混合均匀，得混合金属粉末；
S2、在惰性氛围下，将所述混合金属粉末于球磨机中以500rpm-800rpm的转速球磨20h-30h，干燥1h-3h，得所述AlCrCoFeNi系高熵合金粉末。
4.如权利要求3所述的合金粉末，其特征在于：S2中，所述球磨的球料比为10-15:1-2；和/或
S2中，所述干燥的温度为120℃-150℃。
5.如权利要求1所述的合金粉末，其特征在于：所述第一合金粉末的粒度范围为10μm-150μm；和/或
所述第二合金粉末的粒度范围为5μm-80μm。
6.一种利用权利要求1-5任一项所述的合金粉末制备钛合金钻杆接头耐磨带的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、将待处理的钛合金钻杆接头基体进行清洁、磨削处理，得预处理的钛合金钻杆接头基体；
步骤二、在惰性氛围下，采用宽光斑激光熔覆工艺将第一合金粉末熔覆在预处理的钛合金钻杆接头基体表面，得底层耐磨带；
步骤三、在惰性氛围下，当底层耐磨带的温度为350℃-550℃时，采用超高速激光熔覆工艺将第二合金粉末熔覆在底层耐磨带表面，得面层耐磨带，冷却，加工至要求尺寸，得钛合金钻杆接头耐磨带。
7.如权利要求6所述的合金粉末制备钛合金钻杆接头耐磨带的方法，其特征在于：步骤二中，所述宽光斑激光熔覆工艺的激光扫描方向与钻杆接头周线的切线平行；和/或
步骤三中，所述超高速激光熔覆工艺的激光扫描方向垂直于所述宽光斑激光熔覆工艺的激光扫描方向；和/或
步骤二中，所述底层耐磨带的熔覆厚度为0.8mm-1.2mm；和/或
步骤三中，所述面层耐磨带的熔覆厚度为1.0mm-1.2mm。
8.如权利要求6所述的合金粉末制备钛合金钻杆接头耐磨带的方法，其特征在于：步骤二中，所述宽光斑激光熔覆工艺的工艺参数为：激光功率5000W-6000W，光斑长23.0mm-25.0mm，宽1.0mm-2.0mm，扫描线速度为800mm/min-1000mm/min，搭接率7％-9％，送粉速率为60g/min-90g/min；和/或
步骤三中，所述超高速激光熔覆工艺的工艺参数为：激光功率2500W-3000W，光斑直径1.5mm-2.0mm，扫描线速度为25m/min-35m/min，搭接率70％-80％，送粉速率为60g/min-85g/min。
9.如权利要求6所述的合金粉末制备钛合金钻杆接头耐磨带的方法，其特征在于：步骤三中，所述超高速激光熔覆产生的光斑圆心与步骤二中所述宽光斑激光熔覆产生的光斑中心的距离为80mm-150mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311569195.7A CN117548667B (zh) | 2023-11-23 | 2023-11-23 | 一种合金粉末及利用其制备钛合金钻杆接头耐磨带的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311569195.7A CN117548667B (zh) | 2023-11-23 | 2023-11-23 | 一种合金粉末及利用其制备钛合金钻杆接头耐磨带的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117548667A CN117548667A (zh) | 2024-02-13 |
| CN117548667B true CN117548667B (zh) | 2024-04-12 |
Family
ID=89810636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311569195.7A Active CN117548667B (zh) | 2023-11-23 | 2023-11-23 | 一种合金粉末及利用其制备钛合金钻杆接头耐磨带的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117548667B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006050985A1 (de) * | 2006-10-26 | 2008-04-30 | Fachhochschule Münster | Flüssigauftragbare verschleißbeständige Einbrennbeschichtung |
| TWI621717B (zh) * | 2017-02-10 | 2018-04-21 | 國立清華大學 | 適於積層製程的硬質合金 |
| CN109763125A (zh) * | 2019-01-18 | 2019-05-17 | 青岛滨海学院 | 一种耐高温磨损的高熵合金涂层及其制备工艺、应用 |
| CN111139466A (zh) * | 2020-01-02 | 2020-05-12 | 北京机科国创轻量化科学研究院有限公司 | 一种钛合金石油钻杆耐磨带及其制备方法 |
| CN111235453A (zh) * | 2020-03-23 | 2020-06-05 | 郑州轻工业大学 | 一种表面具有高熵合金层的硬质合金及其制备方法 |
| CN111575704A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-08-25 | 中国民航大学 | 一种含稀土的钛合金表面自润滑耐磨涂层及其制备方法 |
| CN111850543A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-10-30 | 昆明理工大学 | 一种激光熔覆七元高熵合金涂层及其制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6723210B2 (ja) * | 2017-09-14 | 2020-07-15 | 日本冶金工業株式会社 | ニッケル基合金 |
| DE102021128374B4 (de) * | 2021-10-29 | 2023-10-26 | IMPACT-Innovations-GmbH | Verfahren zur Herstellung einer Bremsscheibe und Bremsscheibe |
-
2023
- 2023-11-23 CN CN202311569195.7A patent/CN117548667B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006050985A1 (de) * | 2006-10-26 | 2008-04-30 | Fachhochschule Münster | Flüssigauftragbare verschleißbeständige Einbrennbeschichtung |
| TWI621717B (zh) * | 2017-02-10 | 2018-04-21 | 國立清華大學 | 適於積層製程的硬質合金 |
| CN109763125A (zh) * | 2019-01-18 | 2019-05-17 | 青岛滨海学院 | 一种耐高温磨损的高熵合金涂层及其制备工艺、应用 |
| CN111139466A (zh) * | 2020-01-02 | 2020-05-12 | 北京机科国创轻量化科学研究院有限公司 | 一种钛合金石油钻杆耐磨带及其制备方法 |
| CN111235453A (zh) * | 2020-03-23 | 2020-06-05 | 郑州轻工业大学 | 一种表面具有高熵合金层的硬质合金及其制备方法 |
| CN111575704A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-08-25 | 中国民航大学 | 一种含稀土的钛合金表面自润滑耐磨涂层及其制备方法 |
| CN111850543A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-10-30 | 昆明理工大学 | 一种激光熔覆七元高熵合金涂层及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117548667A (zh) | 2024-02-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2021254480A1 (zh) | 镍基高温合金及其制造方法、部件和应用 | |
| CN111850550A (zh) | 一种激光熔覆用wc增强高熵合金粉末及覆层制备方法 | |
| CN113319272B (zh) | 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 | |
| CN111979451B (zh) | 一种复合涂层材料、不锈钢表面复合涂层及其制备方法 | |
| CN113913813A (zh) | 一种用于修复铬钼合金的纳米强化Inconel718激光涂层性能的方法 | |
| CN111850374B (zh) | 一种激光熔覆用高熵合金粉末及覆层制备方法 | |
| CN115386779B (zh) | 一种陶瓷相与高熔点相协同增强高熵合金涂层及其制备方法 | |
| CN117548667B (zh) | 一种合金粉末及利用其制备钛合金钻杆接头耐磨带的方法 | |
| CN112626515B (zh) | 一种提高Inconel625镍基粉末激光熔覆层性能的方法 | |
| CN113249721B (zh) | 一种提高Hastelloy c-276镍铬钼合金激光熔覆层性能的方法 | |
| CN115074724B (zh) | 使用V元素增强Ni基耐磨激光熔覆涂层及其制备方法 | |
| CN110923707A (zh) | 基于激光熔覆的钛合金表面耐高温复合涂层材料 | |
| CN115404476A (zh) | 一种激光熔覆原位生成用合金粉末及使用该粉末制备熔覆层 | |
| CN112705700B (zh) | 提高Inconel 718激光沉积层高温强度的方法 | |
| CN115383110A (zh) | 一种用于螺杆强化的球形碳化钨和镍基合金混合粉末及激光熔覆方法 | |
| CN108034940A (zh) | 一种涡轮增压转子轴及其制备方法 | |
| JP4122532B2 (ja) | プラズマアークを利用したセラミックス分散強化Ｔｉ−Ａｌ基複合材料の製造方法 | |
| CN116988061B (zh) | 一种镍基高温合金及其表面改性方法 | |
| CN116657019B (zh) | 基于NiTiAlVCMo粉末的激光增材合金、复合涂层及复合涂层的制备方法 | |
| CN110499506B (zh) | 一种高韧高温自润滑镍基耐磨复合层、制备方法及应用 | |
| CN115026305B (zh) | 一种4Cr5Mo2SiV模具钢的增材制造方法 | |
| CN115466951B (zh) | 一种耐热耐磨穿孔顶头及制备方法 | |
| US20240149341A1 (en) | Oxidation and wear resistant brazed coating | |
| CN116623172A (zh) | 带有Ni3Al基合金强化层的重载柴油机关键部件及制备方法 | |
| CN117286493A (zh) | 一种激光熔覆镍铝基耐磨性涂层及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |