專利名稱：一種制備鐵基熔覆層用的合金粉末及涂覆層的制備方法
技術領域：
本發明屬于涂覆層技術領域，具體涉及一種鐵基熔覆層用的合金粉末材料及涂覆層的制備方法。
背景技術：
在礦山開采、油氣鉆探等工業領域，關鍵部件在惡劣工況條件下的磨損造成了巨大的經濟損耗，也嚴重影響了生產效率。通常采用合理的表面防護技術，賦予其比基材更為優異的耐磨性能，從而延長整體構件的服役壽命。其中，等離子弧堆焊(Plasmatransferred arc-welding, PTAff)技術具有熔敷率高、稀釋率低、粉末適用范圍廣等優點，被認為是解決類似服役條件下部件磨損問題，并實現表面強化和修復相結合的較為經濟、有效的技術手段之一。目前，PTAW所涉及的熔覆材料主要包含Fe基、Co基和Ni基合金粉末，其中又以Ni基合金及添加硬質顆粒(如WC等)作為增強相的熔覆層在常溫或中溫磨損條件下應用較為廣泛。但是由于Ni和W均屬于稀缺金屬，成本較高，因此開發低成本、高性能的Fe熔覆層替代材料已成為近年來該領域研究的熱點問題之一。經檢索，目前并無采用等離子弧堆焊方法制備含富Mo硼化物增強相的Fe基多元合金熔覆層相關技術的專利報道。

發明內容
本發明的目的在于，一種制備鐵基熔覆層用的合金粉末及涂覆層的制備方法。—種制備鐵基熔覆層用的合金粉末，其特征在于合金粉末成分質量百分含量范圍如 T:Cr:10-20wt.%;Mo:20-30wt.%;C:l-2wt.%;B:2-5wt.%;S1: 0. 2-1. 5wt. %;Mn: 0. 5-1. 5wt. %, Fe:余量。優選所述鐵基熔覆層用的合金粉末的質量百分含量為Cr: 12_18wt. % ；Mo: 20-28wt. % ；C: 1-1. 8wt. % ；B: 2. 5-4. 5wt. % ；S1: 0. 3-1. 2wt. %, Mn:0. 5-1. 2wt. %; Fe:余量。進一步優選所述鐵基熔覆層用的合金粉末的質量百分比為Cr: 13_16wt. % ；Mo: 22-27wt. % ；C:1. 1-1. 6wt. % ；B: 2. 5-4wt. % ；S1:0. 4-lwt. %, Mn:0. 5-lwt. %;Fe:余量。上述合金粉末粒度均在75 U nTl50 U m ；采用本發明上述多元合金粉末材料制備一種含有大量富Mo硼化物增強相的Fe基熔覆層的方法，從而得到一種含富Mo硼化物增強相的鐵基熔覆層，其特征在于，包括如下步驟步驟1、對基體表面進行預處理去除表面氧化膜；優選為基體表面經粒度180目砂紙預磨后，利用粒度為60目棕剛玉，氣壓
0.4-0. 6MPa，噴砂 槍擺速度5mm/s，進行基體表面噴砂粗化去除表面氧化膜；步驟2、選用工業級金屬、合金和陶瓷粉末，將其進行篩分并機械混合，最終獲得粒度均在75 u nTl50 u m的合金粉末，合金粉末成分的質量百分含量為Cr: 10_20wt. % ；Mo: 20-30wt. % ；C: l-2wt. % ；B: 2-5wt. % ；S1: 0. 2-1. 5wt. %;Mn:0. 5-1. 5wt. %，Fe:余量；步驟3、采用等離子弧堆焊工藝制備Fe基多元合金熔覆層，堆焊工藝參數為轉移弧電壓28-33V ;轉移弧電流60-85A ;噴涂距離10_15mm ;離子氣、送粉氣和保護氣均為Ar氣，其中，離子氣流量:4-4. 5L/h ;送粉氣流量:4-4. 5L/h ;保護氣流量6. 5_7L/h ;送粉電壓5. 5-6. 5V。對步驟3所述噴涂工藝進行優化，堆焊工藝參數設定為轉移弧電壓29-32V ;轉移弧電流70-80A ;噴涂距離12-14mm ;離子氣、送粉氣和保護氣均為Ar氣，其中，離子氣流量:4-4. 5L/h ;送粉氣流量:4-4. 5L/h ;保護氣流量:6. 5_7L/h ;送粉電壓6. 0-6. 5V。本發明所述方法制備的一種含富Mo硼化物增強相的鐵基熔覆層所具有耐磨性是其自身組分所決定的。其作用為Cr :不僅可以提高合金的抗氧化性和耐腐蝕性，而且是固溶強化和碳化物形成元素,可產生固溶強化,鉻含量增加,合金中硬質相增加,合金相對耐磨性及耐腐蝕性能提高。Mo :可以消除或減輕其它合金元素所造成的回火脆性，改善韌性。B元素在鐵基合金中加入適量的B可以降低合金的熔點，獲得高硬度的硼化物，從而提高堆焊合金的耐磨性。C元素是強烈的奧氏體形成元素，并能降低Ms點，堆焊材料設計中，碳是最重要的強化元素，碳具有間隙固溶強化的作用，同時有利于形成碳化物硬質相。Mn、S1:利用錳硅聯合脫氧，提高元素過渡系數。本發明與常規的熔覆材料相比，具有以下特點

1、具有良好的工藝性無需焊前預熱、焊后緩冷，并且焊接過程中飛濺小，制備的的熔覆層表面平滑均勻，無裂紋，無脫落掉塊。2、組織均勻所開發的Fe基多元合金熔覆層組織均勻，基體組織由Fe-Cr固溶體與Y -Fe相構成，其間包裹著大量彌散分布的富Mo硼化物硬質相，對熔覆層組織能夠起到有效的支撐和強化作用。3、具有較好的耐磨性能由于本發明中大量富Mo硼化物和M23(B，C)6硬質相的形成，熔覆層硬度高，其相對耐磨性是傳統Ni60熔敷層的8倍以上和Ni60+25%WC熔覆層。本發明的熔覆層硬度高、耐磨性良好、產生開裂和其他熔覆缺陷的傾向小。


圖1實施例6熔覆層XRD分析圖譜；圖2實施例6熔覆層SEM典型形貌特征；圖3實施例1-8熔覆層與對比例I和2的相對耐磨性。
具體實施例方式下面通過實施例進一步闡明本發明的實質性特點和顯著優點，本發明決非僅局限于所陳述的實施例。各實施例中相同部分如下所述1、基體選用AISI304L不銹鋼(100X30X IOmm)，表面經粒度為180目砂紙預磨后，采用粒度為40-60目棕剛玉，氣體壓力0. 4-0. 6MPa，持續時間IOs/噴涂面工藝對試件進行噴砂粗化處理。2、選用工業級金屬、合金和陶瓷粉末，將其進行篩分并機械混合，最終獲得粒度均在75 ii nTl50 u m的合金粉末。實施例1按照Fe基多元合金粉末成分質量百分比為Cr: 13wt. %;Mo:22wt%;C: lwt. %;B:4wt. %; S1:0. 2wt. %;Mn:0. 5wt. %,Fe:余量。制備熔覆層所用等離子弧堆焊參數轉移弧電壓
28-30V;轉移弧電流70A ;噴涂距離12mm ;離子氣(Ar) :4-4. 5L/h ;送粉氣(Ar) :4-4. 5L/h ；保護氣(Ar) :6. 5-7L/h ;送粉電壓6. 0V。實施例2按照Fe基多元合金粉末成分質量百分比為Cr: 13wt. %;Mo:22wt%;C: lwt. %;B:4wt. %; S1:0. 2wt. %;Mn:0. 5wt. %,Fe:余量。制備熔覆層所用等離子弧堆焊參數轉移弧電壓
29-31V;轉移弧電流80A ;噴涂距離13mm ;離子氣(Ar) :4-4. 5L/h ;送粉氣(Ar) :4-4. 5L/h ；保護氣(Ar) :6. 5-7L/h ;送粉電壓6. 3V。實施例3按照Fe基多元合金粉末成分質量百分比為Cr: 14wt. %;Mo:24wt%;C:1. 2wt. %;B:3. 5wt. %; S1:0. 5wt. %;Mn:0. 7wt. %, Fe:余量。制備熔覆層所用等離子弧堆焊參數轉移弧電壓28-30V ;轉移弧電流70A ;噴涂距離12mm;離子氣(Ar) :4-4. 5L/h ;送粉氣(Ar) :4-4. 5L/h ;保護氣(Ar) :6. 5_7L/h ;送粉電壓6. 0V。實施例4按照Fe基多元合金粉末成分質量百分比為Cr: 14wt. %;Mo:24wt%;C:1. 2wt. %;B:3. 5wt. %; S1:0. 5wt. %;Mn:0. 7wt. %, Fe:余量。制備熔覆層所用等離子弧堆焊參數轉移弧電壓29-31V ;轉移弧電流80A ;噴涂距離13mm;離子氣(Ar) :4-4. 5L/h ;送粉氣(Ar) :4-4. 5L/h ;保護氣(Ar) :6. 5_7L/h ;送粉電壓:6. 3V。實施例5按照Fe基多元合金粉末成分質量百分比為Cr: 15wt. %;Mo:25wt%;C:1. 4wt. %;B:3wt. %; S1:0. 7wt. %;Mn:0. 8wt. %, Fe:余量。制備熔覆層所用等離子弧堆焊參數轉移弧電壓28-30V ;轉移弧電流70A ;噴涂距離12mm ;離子氣(Ar) :4-4. 5L/h ;送粉氣(Ar) :4-4. 5L/h ;保護氣(Ar) :6. 5-7L/h ;送粉電壓6. 0V。實施例6按照Fe基多元合金粉末成分質量百分比為Cr: 15wt. %;Mo:25wt%;C:1. 4wt. %;B:3wt. %; S1:0. 7wt. %;Mn:0. 8wt. %, Fe:余量。制備熔覆層所用等離子弧堆焊參數轉移弧電壓29-31V ;轉移弧電流80A ;噴涂距離13mm ;離子氣(Ar) :4-4. 5L/h ;送粉氣(Ar) :4-4. 5L/h ;保護氣(Ar) :6. 5-7L/h ;送粉電壓6. 3V。實施例7按照Fe基多元合金粉末成分質量百分比為Cr: 16wt. %;Mo:26wt%;C:1. 5wt. %;B:2. 5wt. %; S1:0. 8wt. %;Mn:0. 8wt. %, Fe:余量。制備熔覆層所用等離子弧堆焊參數轉移弧電壓28-30V ;轉移弧電流70A ;噴涂距離12mm;離子氣(Ar) :4-4. 5L/h ;送粉氣(Ar) :4-4. 5L/h ;保護氣(Ar) :6. 5_7L/h ;送粉電壓6. 0V。實施例8
按照Fe基多元合金粉末成分質量百分比為Cr:16wt. %;Mo:26wt%;C:l. 5wt. %;B:2. 5wt. %; S1:0. 8wt. %;Mn:0. 8wt. %, Fe:余量。制備熔覆層所用等離子弧堆焊參數轉移弧電壓29-31V ;轉移弧電流80A ;噴涂距離13mm ;離子氣(Ar) : 4-4. 5L/h ;送粉氣(Ar) :4-4. 5L/h ;保護氣(Ar) :6. 5_7L/h ;送粉電壓6. 3V。對比例I取商業自熔性合金Ni60粉末500g。制備熔覆層所用等離子弧堆焊參數轉移弧電壓28-30V ;轉移弧電流70A ;噴涂距離12mm ;離子氣(Ar) :4-4. 5L/h ;送粉氣(Ar) :4-4. 5L/h ;保護氣(Ar) :6. 5-7L/h ;送粉電壓6. 3V。對比例2取商業自熔性合金Ni60+25%WC粉末500g。制備熔覆層所用等離子弧堆焊參數轉移弧電壓28-30V ;轉移弧電流70A ;噴涂距離12mm ;離子氣(Ar) :4-4. 5L/h ;送粉氣(Ar) :4-4. 5L/h ;保護氣(Ar) :6. 5_7L/h ;送粉電壓6. 3V。各實施例所制備的熔覆層的性能檢測如下所述1.采用HR-150A洛氏硬度機測定硬度值，載荷為150kg，對熔敷金屬取十點打硬度，最后得到各熔覆層的平均洛氏硬度值，結果見表I。2.對實施例所制備熔覆層進行耐磨實驗，采用MLS-225型濕砂橡膠輪式磨粒磨損試驗機進行。試驗參數如下橡膠輪轉速240r/min、橡膠輪直徑178mm、橡膠輪硬度60(紹爾硬度)、載荷100N、橡膠輪轉數預磨1000轉、精磨3000轉、磨料粒度40-70目石英砂。材料耐磨性能用磨損的失重量來衡量。在實驗前后，試樣都經過超聲波清洗儀中清洗3-5分鐘。定義對比例I (Ni60)的相對耐磨性為1，實施例失重量與測量件失重量之比作為該配方的相對耐磨性。表I實施例1-8及對比例I和2的平均洛氏硬度值
權利要求
1.一種制備鐵基熔覆層用的合金粉末，其特征在于合金粉末成分質量百分含量范圍如 T:Cr:10-20wt.%;Mo:20-30wt.%;C:l-2wt.%;B:2-5wt.%;S1:0. 2-1. 5wt. %;Mn:0. 5-1. 5wt. %，Fe:余量；合金粉末粒度均在 75 u nTl50 u m。
2.按照權利要求1的合金粉末，其特征在于合金粉末成分質量百分含量Cr: 12-18wt. % ；Mo : 20-28wt. % ；C : 1-1. 8wt. % ；B : 2. 5-4. 5wt. % ； S1:0. 3-1. 2wt. %,Mn:0. 5-1. 2wt. %;Fe:余量。
3.按照權利要求1的合金粉末，其特征在于合金粉末成分質量百分含量 Cr : 13-16wt. % ；Mo : 22-27wt. % ；C :1. 1-1. 6wt. % ；B : 2. 5-4wt. % ； S1: 0. 4-lwt. %,Mn:0. 5-lwt. %;Fe:余量。
4.一種含有大量富Mo硼化物增強相的Fe基熔覆層的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟1、對基體表面進行預處理去除表面氧化膜； 步驟2、選用工業級金屬、合金和陶瓷粉末，將其進行篩分并機械混合，最終獲得粒度均在75iinTl50iim的合金粉末，合金粉末成分的質量百分含量為Cr:10-20wt.%;Mo: 20-30wt. % ；C: l-2wt. % ；B: 2-5wt. % ；S1: 0. 2-1. 5wt. %;Mn:0. 5-1. 5wt. %, Fe:余量； 步驟3、采用等離子弧堆焊工藝制備Fe基多元合金熔覆層，堆焊工藝參數為轉移弧電壓28-33V ;轉移弧電流60-85A ;噴涂距離10_15mm ;離子氣、送粉氣和保護氣均為Ar氣，其中，離子氣流量4-4. 5L/h ;送粉氣流量4-4. 5L/h ;保護氣流量6. 5_7L/h ;送粉電壓5. 5-6. 5V。
5.按照權利要求4的方法，其特征在于，步驟(I)去除表面氧化膜的方法包括基體表面經粒度180目砂紙預磨后，利用粒度為60目棕剛玉，氣壓0.4-0. 6MPa，噴砂槍擺速度5mm/s，進行基體表面噴砂粗化去除表面氧化膜。
6.按照權利要求4的方法，其特征在于，步驟3堆焊工藝參數為轉移弧電壓29-32V；轉移弧電流70-80A ;噴涂距離12-14mm ;離子氣、送粉氣和保護氣均為Ar氣，其中，離子氣流量:4-4. 5L/h ;送粉氣流量:4-4. 5L/h ;保護氣流量:6. 5_7L/h ;送粉電壓6. 0-6. 5V。
7.按照權利要求4的方法，其特征在于，合金粉末的質量百分含量Cr:15wt. %;Mo:25wt%; C:1. 4wt. %;B:3wt. %; S1: 0. 7wt. %;Mn:0. 8wt. %, Fe:余量；制備溶覆層所用等離子弧堆焊參數轉移弧電壓29-31V ;轉移弧電流80A ;噴涂距離13mm ;離子氣4_4. 5L/h ;送粉氣:4-4. 5L/h ;保護氣:6. 5-7L/h ;送粉電壓6. 3V。
8.按照權利要求4-7的任一方法所制備的含富Mo硼化物增強相的鐵基熔覆層。
全文摘要
一種制備鐵基熔覆層用的合金粉末及涂覆層的制備方法，屬于涂覆層技術領域。合金粉末的成分為Cr:12-18wt.%；Mo:20-28wt.%；C:1-1.8wt.%；B:2.5-4.5wt.%；Si:0.3-1.2wt.％，Mn:0.5-1.2wt.%;Fe:余量。涂覆層制備先對基體進行預處理，噴焊工藝參數轉移弧電壓29-32V；轉移弧電流70-80A；噴涂距離12-14mm；離子氣:4-4.5L/h；送粉氣:4-4.5L/h；保護氣:6.5-7L/h；送粉電壓6.0-6.5V。本發明制備的熔覆層硬度高、耐磨性良好、產生開裂和其他熔覆缺陷的傾向小。
文檔編號C22C38/32GK103060655SQ20121038232
公開日2013年4月24日 申請日期2012年10月10日 優先權日2012年10月10日
發明者周正, 賀定勇, 姚海華, 蔣建敏, 趙秋穎, 崔麗, 王智慧, 李曉延 申請人:北京工業大學