CN86108069A

CN86108069A - 耐高温冲击磨损等离子喷焊镍基合金加碳化物复合粉末涂层材料

Info

Publication number: CN86108069A
Application number: CN86108069.6A
Authority: CN
Inventors: 金德辰
Original assignee: WUHAN MATERIAL PROTECTION INST
Current assignee: WUHAN MATERIAL PROTECTION INST
Priority date: 1986-12-02
Filing date: 1986-12-02
Publication date: 1988-06-22
Also published as: CN1017908B

Abstract

本发明之耐高温冲击磨损等离子喷焊镍基合金加碳化物复合粉末涂层材料，由非自熔性镍基合金粉末与含碳化物的团聚型合金粉末复合而成。以本发明之复合粉末材料，采用等离子喷焊工艺制备的涂层，具有优异的耐高温冲击磨损性能，可制备和修复耐1100℃高温，承受冲击负荷，抗磨损的有关零部件，能显著地延长高温易磨损零部件的使用寿命。

Description

本发明属耐高温冲击磨损等离子喷焊镍基合金加碳化物复合粉末涂层材料。特别是耐高温冲击磨损表面强化涂层材料。

高温耐磨镍基碳化物粉末涂层材料，就其镍基合金性能而言，可分为自熔性镍基合金和非自熔性镍基合金两类。

自熔性镍基合金粉末涂层材料通常含有硼、硅元素约3～10%（重量），此类合金具有良好的自熔性和较低的熔点。以自熔性合金粉末制备的喷焊涂层具有良好的耐磨性，特别是含WC的自熔性合金粉末系列，其涂层耐磨性能更为优异。如美国专利NO4，004，042（1977年1月18日）、NO4，136，230（1979年1月23日）所述之涂层材料即属此类。但这类合金粉末不足之处是由于硼、硅元素含量较高，涂层含有一定数量的脆性相，不能承受大的冲击负荷;又由于硼、硅元素含量较高，大大降低了合金熔点，使用温度局限在650℃以下。

惯用的非自熔性镍基合金加碳化物粉末涂层材料，通常采用喷涂方法制备涂层，涂层与基体材料基本属机械结合，强度低，不能承受较大的冲击负荷，不耐高应力磨损。涂层还含有一定的孔隙，因而抗高温氧化能力差。

日本中岛正树等人，用非自熔性钴基合金加碳化物涂层材料进行了表面硬化堆焊层的研究，采用反极性等离子喷焊工艺，获得了优良性能的涂层（日本三棱重工技报VOI18，NO4，1981-7）。

本发明的目的是提供一种能承受强冲击负荷，耐1100℃高温，抗磨损，适于正极性等离子喷焊的镍基合金加碳化物复合粉末涂层材料。

为此目的发明了一种耐高温冲击磨损等离子喷焊镍基合金加碳化物复合粉末涂层材料，其特征在于由（a）、（b）两种组分复合而成：

（a）第一组分为非自熔性镍基合金粉末，其成分范围：Cr2.3-23%，MO1.8-6.0%，AL2.0-9.0%，Ti0.08-4.0%，CO6.0-20%，Fe≤5.0%，C≤0.08-0.30%，Si≤1.0%，余量为Ni。

（b）第二组分为含碳化物的团聚型合金粉末，其形貌见图1，其成分范围：含如（a）所述的非自熔性镍基合金粉末为5～60%（重量），碳化物为40～95%（重量），两种粉末总和100%（重量）。

复合粉末涂层材料（a）、（b）两种组分配比为：

第一组分（a）为40～85%（重量）

第二组分（b）为15～60%（重量）

（a）、（b）两种组分总和为100%（重量）

第一组分（a）非自熔性镍基合金粉末的最佳成分范围是Cr2.3-16%，MO1.8-6.0，AL2.5-6.7%，Ti0.08-2.5%，CO6-13%，Fe≤5%，C≤0.08-0.2%，Si≤1.0%，余量为Ni。

第二组分（b）含碳化物的团聚型合金粉末的优选成分范围是非自熔性镍基合金粉末为5～30%（重量），碳化物为70～95%（重量），两种粉末总和为100%（重量）。

第一组分（a）和第二组分（b）的优选配比：第一组分非自熔性镍基合金粉末占50～80%（重量），第二组分含碳化物的团聚型合金粉末占20～50%（重量），第一、二组分总100%（重量）。

本发明所述的碳化物主要是采用碳化钨，亦可采用碳化钛、碳化钒，选用何种碳化物及其含量，取决于涂层应用的工况条件及经济性考虑。

本发明的耐高温冲击磨损等离子喷焊镍基合金加碳化物复合粉末涂层材料，采用等离子喷焊工艺制备表面强化涂层，具有以下优点：

一、该涂层的母相组织为多元合金强化镍基体的面心立方结构，这种结构，强度高，韧性好，且由于含有较高的AL、Ti、Si、MO等元素，因而具有优异的抗高温氧化性能;二、该涂层组织结构明显地保留了等离子喷焊前复合粉末的碳化物结构，见图2，这些碳化物起着弥散强化和耐磨硬质相的作用;三、该涂层组织结构中存在有γ′（Ni₃AL）相，见图3，此相大大加强了涂层的高温强度;四、该涂层组织结构中，分布着以碳化物颗粒与母相金属形成的复杂碳化物，此复杂碳化物基本呈球状，与碳化物在涂层中的作用相似。因此，以本发明复合粉末材料，采用等离子喷焊制备的涂层，具有优异的耐高温冲击磨损性能，可制备和修复耐1100℃高温，承受冲击负荷，抗磨损的有关零部件，如轧制无缝钢管用的热轧工具-轧顶，热模具等，能显著地延长高温易磨损零部件的使用寿命。

附图说明：

图1含碳化物的团聚型合金粉末形貌的SEM照片。

图2-a本发明的复合粉末材料，用等离子喷焊制备的涂层的金相照片，可见弥散分布的碳化物相。

图2-b上述涂层的SEM照片，显示碳化钨颗粒的规则棱形结构保留于涂层中。

图3本发明的复合粉末材料，用等离子喷焊制备的涂层的X射线衍射分析结果，Ni₃AL为此涂层的主体相。

下面举几个典型实例，对本发明作进一步的阐述：

实施例1

取本发明复合粉末材料第一组分非自熔性镍基合金粉末，其成份范围Cr2.3-23%，MO1.8-6.0%，AL2.0-6.7%，Ti0.08-2.5%，Co6-13%，Fe≤5%，C≤0.20%，B≤0.02%，Si≤1.0%;第二组分含碳化钨的团聚型合金粉末中，碳化钨为90%（重量），上述非自熔性镍基合金粉末为10%（重量），按第一组分50%（重量）与第二组分50%（重量）的配比复合而成，本发明之复合粉末涂层材料。采用等离子喷焊制备的涂层，具有优异的耐高温冲击磨损性能。

实施例2

取如实施例1的第一、二组分，按第一组分60%，第二组分40%的配比，复合而成本发明之复合粉末涂层材料。采用等离子喷焊制备的涂层，其高温硬度值如下：800℃时HV400，900℃时，HV241;1050℃HV91.6，最高使用温度可达1100℃。

实施例3

取如实施例1的第一组分非自熔性镍基合金粉末和第二组分含碳化钨的团聚型镍基合金粉末，按第一组分为80%（重量），第二组分为20%复合而成本发明之复合粉末涂层材料。

实施例4

取如实施例1所述的（a）组分的非自熔性镍基合金粉末，而（b）组分的含碳化钨团聚型合金粉末，其碳化物为50%（重量），非自熔性镍基合金粉末为50%（重量）。然后再按第一组分为40%（重量），第二组分60%复合而成本发明之复合粉末涂层材料。

实施例5

取如实施例4所述的第一组分非自熔性镍基合金粉末和第二组分含碳化钨的团聚型合金粉末，按第一组分为80%（重量），第二组分为20%（重量）复合而成本发明的复合粉末涂层材料。

实施例6

除用碳化钛取代碳化钨以外，其余与实施例1完全相同。

实施例7

除用碳化钒取代碳化钨以外，其余与实施例1完全相同。

Claims

1、一种耐高温冲击磨损等离子喷焊镍基合金加碳化物复合粉末涂层材料，其特征在于由两种组分复合而成：

(a)第一组分(即a组分)为非自熔性镍基合金粉末，其成份范围是Cr2.3-23%，Mo1.8-6.0%，AL2.0-9.0%，Ti0.08-4.0%，Fe5.0%，Co6-20%，C0.08-0.30%，Si1.0%，余量为Ni。

(b)第二组分(即b组分)为含碳化物的团聚型合金粉末，其成份范围是含如(a)所述的非自熔性镍基合金粉末为5-60%(重量)，碳化物粉末为40-95%(重量)，两种粉末总和100%(重量)。

复合粉末涂层材料(a)、(b)两种组分配比为：

第一组分(a)为40-85%(重量)

第二组分(b)为15-60%(重量)

(a)、(b)两种组分总和为100%(重量)。

2、按权利要求1所述的耐高温冲击磨损等离子喷焊镍基合金加碳化物复合粉末涂层材料，其特征是（a）组分的优选成份范围是Cr2.3-16%，Mo1.8-6.0%，AL2.5-6.7%，Ti0.08-2.5%，Fe≤5%，Co6-13%，C≤0.08-0.2%，Si≤1.0%，余量为Ni。

3、按权利要求1所述的耐高温冲击磨损等离子喷焊镍基合金加碳化物复合粉末涂层材料，其特征是（b）组分的优选成份范围是含（a）组分5-30%（重量），碳化物70-95%（重量），两种粉末总和为100%（重量）。

4、按权利要求1或3所述的耐高温冲击磨损等离子喷焊镍基合金加碳化物复合粉末涂层材料，其特征是碳化物是指碳化钨，碳化钛或碳化钒。

5、按权利要求1或2所述的耐高温冲击磨损等离子喷焊镍基合金加碳化物复合粉末涂层材料，其特征是第一组分和第二组分的优选配比为：第一组分50-80%（重量），第二组分20-50%（重量），第一、二两组分总和100%（重量）。

6、按权利要求4所述的耐高温冲击磨损等离子喷焊镍基合金加碳化物复合粉末涂层材料，其特征是第一组分和第二组分的优选配比为第一组分50-80%（重量），第二组分20-50%（重量），第一、二两组分总和100%（重量）。

7、按权利要求1或3所述的耐高温冲击磨损等离子喷焊镍基合金加碳化物复合粉末涂层材料，其特征是第一组分和第二组分的优选配比为第一组分50-80%（重量），第二组分20-50%（重量），第一、二两组分总和100%（重量）。

8、按权利要求4所述的耐高温冲击磨损等离子喷焊镍基合金加碳化物复合粉末涂层材料，其特征是第一组分和第二组分的优选配比为第一组分50-80%（重量），第二组分20-50%（重量），第一、二组分总和100%（重量）。

9、按权利要求1所述的耐高温冲击磨损等离子喷焊镍基合金加碳化物复合粉末材料，其特征是该材料采用等离子喷焊可制备和修复耐1100℃高温，承受冲击负荷，抗磨损的有关零部件。