本發(fā)明涉及焊接領(lǐng)域，具體涉及一種碳摻雜復(fù)合堆焊材料的堆焊方法。

背景技術(shù)：

焊接在現(xiàn)代制造業(yè)和工程建設(shè)中發(fā)揮了重要的作用，特別是堆焊藥芯焊絲具有易滲、電流密度集中、熔深大、熔敷效率高、易制造、綜合成本低等優(yōu)點(diǎn)成為一種極有發(fā)展前途的焊接材料及高技術(shù)產(chǎn)品，在焊接材料中所占的比例越來越大。

堆焊再制造是焊接領(lǐng)域中的一個重要分支，是一種表面技術(shù)處理工藝方法，它是采用焊接方式在零件表面堆敷一層具有一定性能材料的工藝過程。對廢舊大型支承輥進(jìn)行再制造工程處理，可挖掘出巨大的剩余價(jià)值，再制造新品的成本約為原品的50％，而使用壽命能達(dá)到甚至超過原品，且能降低能耗60％以上，節(jié)約材料70％以上。因此堆焊再制造大型冶金支承輥可以大幅度減排、節(jié)能和降耗，具有明顯的資源、環(huán)保和社會效益，具有可持續(xù)發(fā)展前景。

很多零件在長期使用和服役過程中發(fā)生材料表面嚴(yán)重磨損而失效。堆焊是一種表面改性處理方法，指將具有一定使用性能的合金材料借助一定的熱源手段熔覆在母體材料的表面，以賦予母材特殊使用性能或使零件恢復(fù)原有形狀尺寸的工藝方法。它可以提高零件使用壽命，使普通材料表面獲得耐磨、耐腐蝕、高硬度的堆焊層。堆焊材料有鐵基自熔合金、鎳基自熔合金、鈷基自熔合金等。然而現(xiàn)有堆焊材料存在表面硬度和耐磨性差的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種碳摻雜復(fù)合堆焊材料的堆焊方法，本發(fā)明所采用的碳摻雜復(fù)合堆焊材料具有優(yōu)良的抗裂性能及塑韌性能，所述堆焊材料熔敷金屬組織中的碳化物體積百分比(金相測量面積百分比)占較高，使得堆焊焊絲的焊接工藝性能，特別是保證堆焊焊絲焊接完全熔化及焊道的浸潤性良好；堆焊工藝?yán)枚趸急Ｗo(hù)焊作為熱源進(jìn)行堆焊，克服現(xiàn)有堆焊材料表面硬度和耐磨性差的問題，從而獲得高的表面硬度和耐磨性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種碳摻雜復(fù)合堆焊材料的堆焊方法，該方法包括如下步驟：

（1）制備復(fù)合碳材料粉體

石墨預(yù)處理，在納米石墨粉中摻入氟化鈉，并加入金屬催化劑，混勻，在惰性氣體保護(hù)下在600-650℃加熱，加熱時間控制在10-15min，將氟化鈉固定在納米石墨粉表面上；

納米碳纖維預(yù)處理，將納米碳纖維用濃硫酸與高錳酸鉀進(jìn)行混合酸氧化，經(jīng)超聲劇烈攪拌之后，得到羧基化的納米碳纖維，加入表面處理劑，在150-200℃加熱處理10-15min，在氮?dú)夂秃獾幕旌蠚怏w保護(hù)下在400-450℃加熱30-45min，得到預(yù)處理的納米碳纖維材料；

將預(yù)處理的石墨和預(yù)處理的納米碳纖維置于容器內(nèi)，用150-250份異丙醇溶解，用強(qiáng)力混合器共混，然后再用超聲波分散儀進(jìn)行超聲分散，超聲頻率為25-30khz，時間為1-2h，形成均質(zhì)的納米碳導(dǎo)電纖維材料溶液；

將得到的納米碳導(dǎo)電纖維材料溶液與化學(xué)共混物進(jìn)行化學(xué)共混，所述化學(xué)共混物為聚氯乙烯，所述化學(xué)共混物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占原溶液的25-30％，用靜電紡絲法制備出復(fù)合碳材料，球磨粉碎得到復(fù)合碳材料粉體；

（2）按照如下重量份配料

上述復(fù)合碳材料粉體1-3份

mn3-6份

v6-9份

ge2-3.5份

稀土氧化物0.1-0.5份

w0.3-0.6份

cr2-4份

fe60-75份；

按上述各組成的配比選擇相應(yīng)的化合物或合金粉體，按比例混合均勻得到碳摻雜復(fù)合堆焊材料粉體；

（3）將所述碳摻雜復(fù)合堆焊材料粉體與水玻璃混合，冷壓成形，得到具有規(guī)則形狀、均勻厚度的混合粉末涂層；將所述涂層涂敷在基體表面，放入烘箱烘干，然后在空氣中自然冷卻；

利用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊作為熱源，在基體表面堆焊所述混合粉末涂層，獲得的堆焊層顯微組織由多角形碳化鎢和少量共晶組成。

優(yōu)選的，所述稀土氧化物為er3o2+ceo2+la2o3。

優(yōu)選的，所述涂層涂敷在基體表面的厚度為3-4mm，所述二氧化碳?xì)怏w流量控制為15-20l/min，所述堆焊的工藝參數(shù)為：送絲速度為0.4-0.45m/min，焊接電流為200-250a，電弧電壓為30-35v，電源極性為直流正接。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一

石墨預(yù)處理，在納米石墨粉中摻入氟化鈉，并加入金屬催化劑，混勻，在惰性氣體保護(hù)下在600℃加熱，加熱時間控制在10min，將氟化鈉固定在納米石墨粉表面上。

納米碳纖維預(yù)處理，將納米碳纖維用濃硫酸與高錳酸鉀進(jìn)行混合酸氧化，經(jīng)超聲劇烈攪拌之后，得到羧基化的納米碳纖維，加入表面處理劑，在150℃加熱處理10min，在氮?dú)夂秃獾幕旌蠚怏w保護(hù)下在400℃加熱30min，得到預(yù)處理的納米碳纖維材料。

將預(yù)處理的石墨和預(yù)處理的納米碳纖維置于容器內(nèi)，用150份異丙醇溶解，用強(qiáng)力混合器共混，然后再用超聲波分散儀進(jìn)行超聲分散，超聲頻率為25khz，時間為1h，形成均質(zhì)的納米碳導(dǎo)電纖維材料溶液。

將得到的納米碳導(dǎo)電纖維材料溶液與化學(xué)共混物進(jìn)行化學(xué)共混，所述化學(xué)共混物為聚氯乙烯，所述化學(xué)共混物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占原溶液的25％，用靜電紡絲法制備出復(fù)合碳材料，球磨粉碎得到復(fù)合碳材料粉體。

按照如下重量份配料

上述復(fù)合碳材料粉體1份

mn3份

v6份

ge2份

稀土氧化物0.1份

w0.3份

cr2份

fe60份。

按上述各組成的配比選擇相應(yīng)的化合物或合金粉體，按比例混合均勻得到碳摻雜復(fù)合堆焊材料粉體；所述稀土氧化物為er3o2+ceo2+la2o3。

將所述碳摻雜復(fù)合堆焊材料粉體與水玻璃混合，冷壓成形，得到具有規(guī)則形狀、均勻厚度的混合粉末涂層；將所述涂層涂敷在基體表面，放入烘箱烘干，然后在空氣中自然冷卻；利用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊作為熱源，在基體表面堆焊所述混合粉末涂層，獲得的堆焊層顯微組織由多角形碳化鎢和少量共晶組成。所述涂層涂敷在基體表面的厚度為3mm，所述二氧化碳?xì)怏w流量控制為15l/min，所述堆焊的工藝參數(shù)為：送絲速度為0.40m/min，焊接電流為200a，電弧電壓為30v，電源極性為直流正接。

實(shí)施例二

石墨預(yù)處理，在納米石墨粉中摻入氟化鈉，并加入金屬催化劑，混勻，在惰性氣體保護(hù)下在650℃加熱，加熱時間控制在15min，將氟化鈉固定在納米石墨粉表面上。

納米碳纖維預(yù)處理，將納米碳纖維用濃硫酸與高錳酸鉀進(jìn)行混合酸氧化，經(jīng)超聲劇烈攪拌之后，得到羧基化的納米碳纖維，加入表面處理劑，在200℃加熱處理15min，在氮?dú)夂秃獾幕旌蠚怏w保護(hù)下在450℃加熱45min，得到預(yù)處理的納米碳纖維材料。

將預(yù)處理的石墨和預(yù)處理的納米碳纖維置于容器內(nèi)，用250份異丙醇溶解，用強(qiáng)力混合器共混，然后再用超聲波分散儀進(jìn)行超聲分散，超聲頻率為30khz，時間為2h，形成均質(zhì)的納米碳導(dǎo)電纖維材料溶液。

將得到的納米碳導(dǎo)電纖維材料溶液與化學(xué)共混物進(jìn)行化學(xué)共混，所述化學(xué)共混物為聚氯乙烯，所述化學(xué)共混物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占原溶液的30％，用靜電紡絲法制備出復(fù)合碳材料，球磨粉碎得到復(fù)合碳材料粉體。

按照如下重量份配料

上述復(fù)合碳材料粉體3份

mn6份

v9份

ge3.5份

稀土氧化物0.5份

w0.6份

cr4份

fe75份。

按上述各組成的配比選擇相應(yīng)的化合物或合金粉體，按比例混合均勻得到碳摻雜復(fù)合堆焊材料粉體；所述稀土氧化物為er3o2+ceo2+la2o3。

將所述碳摻雜復(fù)合堆焊材料粉體與水玻璃混合，冷壓成形，得到具有規(guī)則形狀、均勻厚度的混合粉末涂層；將所述涂層涂敷在基體表面，放入烘箱烘干，然后在空氣中自然冷卻；利用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊作為熱源，在基體表面堆焊所述混合粉末涂層，獲得的堆焊層顯微組織由多角形碳化鎢和少量共晶組成。所述涂層涂敷在基體表面的厚度為4mm，所述二氧化碳?xì)怏w流量控制為20l/min，所述堆焊的工藝參數(shù)為：送絲速度為0.45m/min，焊接電流為250a，電弧電壓為35v，電源極性為直流正接。