本申請(qǐng)涉及金屬材料加工領(lǐng)域，主要涉及一種高溫耐磨耐蝕fe-cr-w-si-c合金材料及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，在航空、航天、機(jī)械、鋼鐵及有色金屬冶金、石油、化工、電力和海洋等工業(yè)中，大量運(yùn)動(dòng)副金屬零部件在腐蝕、高溫等惡劣環(huán)境條件下承受強(qiáng)烈的摩擦磨損作用，這對(duì)材料性能提出了更高的要求，要求材料具有優(yōu)異的耐磨性、耐蝕性、抗氧化性能及低的摩擦系數(shù)，以確保設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行和安全性。

2、但現(xiàn)有金屬耐磨材料(如高速鋼、工具鋼、耐磨白口鑄鐵、斯特立合金等)往往不耐高溫且不耐腐蝕，耐蝕材料(如不銹鋼等)往往不耐磨損且不耐高溫氧化，抗氧化高溫結(jié)構(gòu)材料(如耐熱鋼、鎳基高溫合金等)卻往往不耐磨損且不耐腐蝕。因此，工業(yè)裝備急需同時(shí)具有優(yōu)異耐高溫性能、耐蝕性能、耐磨損性能以及低成本的合金新材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)運(yùn)動(dòng)副金屬零部件材料在腐蝕、高溫和磨損等惡劣環(huán)境條件下應(yīng)用的性能要求，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N高溫耐磨耐蝕fe-cr-w-si-c合金材料及高溫耐磨耐沖蝕產(chǎn)品，此合金材料同時(shí)具有優(yōu)異耐磨性能(包括優(yōu)異的常溫及高溫磨料磨損、粘著磨損、沖刷磨損、腐蝕磨損性能等)、優(yōu)異耐蝕性能、優(yōu)異耐高溫抗氧化性能及抗沖蝕性能。

2、根據(jù)本申請(qǐng)的第一方面，提出了一種高溫耐磨耐蝕fe-cr-w-si-c合金材料，其組成元素包括fe、cr、si、w和c元素；所述w和c元素以wc的形式加入；所述合金化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)包括fe：39-58wt％、cr：4-12wt％、si：1.5-8wt％和wc：32-53.5wt％；所述合金包括組織組成相a：fe5si3金屬硅化物固溶體+鐵基固溶體+wc、組織組成相b：fe9cr9si2金屬硅化物固溶體+wc+鐵基固溶體、組織組成相c：fe5si3金屬硅化物固溶體+fe9cr9si2金屬硅化物固溶體+wc+鐵基固溶體和組織組成相d：fe9cr9si2金屬硅化物固溶體+wc+cr7c3+鐵基固溶體。fe作為合金的主要成分，為合金提供了基本結(jié)構(gòu)和機(jī)械強(qiáng)度；cr提高了合金的耐腐蝕性和抗氧化性；si能夠進(jìn)一步提高合金的硬度和強(qiáng)度，同時(shí)也有利于提高合金的耐磨性和抗氧化性能；wc則能夠?yàn)楹辖饚韮?yōu)異的耐高溫性能、耐磨性能和機(jī)械強(qiáng)度。在各組分的綜合作用下，合金材料能夠擁有優(yōu)異的機(jī)械性能、耐高溫性、耐磨性和耐腐蝕性。

3、進(jìn)一步地，所述組織組成相a：fe5si3金屬硅化物固溶體+鐵基固溶體+wc的組成按質(zhì)量百分比計(jì)包括fe：52-58wt％、cr：4-7wt％、si：5-6wt％和wc：32-38wt％。

4、進(jìn)一步地，所述組織組成相b：fe9cr9si2金屬硅化物固溶體+wc+鐵基固溶體的組成按質(zhì)量百分比計(jì)包括fe：43-48wt％、cr：7-8wt％、si：3-6wt％和wc：42-46wt％。

5、進(jìn)一步地，所述組織組成相c：fe5si3金屬硅化物固溶體+fe9cr9si2金屬硅化物固溶體+wc+鐵基固溶體的組成按質(zhì)量百分比計(jì)包括fe：41-48wt％、cr：8-10wt％、si：6-8wt％和wc：38-42wt％。

6、進(jìn)一步地，所述組織組成相d：fe9cr9si2金屬硅化物固溶體+wc+cr7c3+鐵基固溶體的組成按質(zhì)量百分比計(jì)包括fe：39-44wt％、cr：10-12wt％、si：1.5-3wt％和wc：44-48wt％。

7、進(jìn)一步地，所述合金可加入2-7wt％的mo進(jìn)行合金化。mo能夠提高合金的高溫抗氧化性能和高溫耐磨性能。

8、根據(jù)本申請(qǐng)的第二方面，提出了一種用所述高溫耐磨耐蝕fe-cr-w-si-c合金材料制造的應(yīng)用，將所述高溫耐磨耐蝕fe-cr-w-si-c合金材料用于制作包括高溫耐磨耐沖蝕機(jī)械零部件和高溫耐磨耐沖蝕防護(hù)涂層。此合金材料除了耐高溫、耐磨和耐腐蝕等性能外，還具有良好的可塑性，既能夠熔煉成具有金屬性質(zhì)的固體產(chǎn)物，又能夠加工制備成粉末，從而生產(chǎn)出各種各樣的產(chǎn)品。

9、進(jìn)一步地，所述高溫耐磨耐沖蝕機(jī)械零部件的制備方法為：采用包括感應(yīng)合金熔煉或電弧合金熔煉的方法制得合金坯料，將所述合金坯料通過水冷金屬型鑄造的方法鑄造成型，得到成品。

10、進(jìn)一步地，所述高溫耐磨耐沖蝕機(jī)械零部件的制備方法為：采用包括惰性氣體保護(hù)氣霧化或離心霧化的方法制得合金粉末，將所述合金粉末通過激光、電子束、等離子體等高能束流增材制造的方式制造成型，得到成品。

11、高溫耐磨耐沖蝕金屬零部件可在腐蝕、高溫以及承受強(qiáng)烈的摩擦磨損等惡劣環(huán)境條件下長(zhǎng)期使用，能夠確保設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行和安全性。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過程中具體的熔煉需求、成本考慮和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)等因素，可以選擇不同的方式進(jìn)行高溫耐磨耐蝕fe-cr-w-si-c合金材料的生產(chǎn)鑄造。

12、進(jìn)一步地，所述高溫耐磨耐沖蝕防護(hù)涂層的制備方法為：采用包括惰性氣體保護(hù)氣霧化或離心霧化的方法制得合金粉末，將所述合金粉末通過包括激光熔敷、等離子噴涂或火焰噴涂的方法噴涂在金屬機(jī)械零件表面上，制成所述高溫耐磨耐沖蝕防護(hù)涂層。

13、高溫耐磨耐沖蝕防護(hù)涂層能夠?yàn)榛w帶來有效防護(hù)，提高耐磨、耐蝕和耐溫等性能，進(jìn)而延長(zhǎng)基體的使用壽命，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。

14、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本申請(qǐng)具有如下有益效果：

15、本申請(qǐng)的高溫耐磨耐蝕fe-cr-w-si-c合金材料主要組成元素是fe、cr、si、w和c，其主要組織組成相是fe5si3金屬硅化物固溶體、fe9cr9si2金屬硅化物固溶體、wc和鐵基固溶體。由于集中了過渡金屬硅化物優(yōu)異的耐磨性能(包括磨料磨損、粘著磨損、沖蝕磨損及腐蝕磨損)和耐蝕性能以及碳化鎢高硬度、耐高溫和耐磨損等優(yōu)點(diǎn)，本申請(qǐng)涉及的高溫耐磨耐蝕fe-cr-w-si-c合金材料同時(shí)具有優(yōu)異的耐磨性能(滑動(dòng)磨損、磨料磨損、粘著磨損、沖蝕與沖刷磨損等)、耐蝕性能(化學(xué)腐蝕、熱腐蝕及電化學(xué)腐蝕等)與高溫耐氧化性能，適于制造在腐蝕、高溫等環(huán)境條件下工作的摩擦磨損運(yùn)動(dòng)副零部件及其表面耐磨耐蝕耐高溫防護(hù)涂層。

技術(shù)特征：

1.一種高溫耐磨耐蝕fe-cr-w-si-c合金材料，其特征在于，所述合金組成元素包括fe、cr、si、w和c元素；所述w和c元素以wc的形式加入；所述合金化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)包括fe：39-58wt％、cr：4-12wt％、si：1.5-8wt％和wc：32-53.5wt％；所述合金包括組織組成相a：fe5si3金屬硅化物固溶體+鐵基固溶體+wc、組織組成相b：fe9cr9si2金屬硅化物固溶體+wc+鐵基固溶體、組織組成相c：fe5si3金屬硅化物固溶體+fe9cr9si2金屬硅化物固溶體+wc+鐵基固溶體和組織組成相d：fe9cr9si2金屬硅化物固溶體+wc+cr7c3+鐵基固溶體。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫耐磨耐蝕fe-cr-w-si-c合金材料，其特征在于，所述組織組成相a：fe5si3金屬硅化物固溶體+鐵基固溶體+wc的組成按質(zhì)量百分比計(jì)包括fe：52-58wt％、cr：4-7wt％、si：5-6wt％和wc：32-38wt％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫耐磨耐蝕fe-cr-w-si-c合金材料，其特征在于，所述組織組成相b：fe9cr9si2金屬硅化物固溶體+wc+鐵基固溶體的組成按質(zhì)量百分比計(jì)包括fe：43-48wt％、cr：7-8wt％、si：3-6wt％和wc：42-46wt％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫耐磨耐蝕fe-cr-w-si-c合金材料，其特征在于，所述組織組成相c：fe5si3金屬硅化物固溶體+fe9cr9si2金屬硅化物固溶體+wc+鐵基固溶體的組成按質(zhì)量百分比計(jì)包括fe：41-48wt％、cr：8-10wt％、si：6-8wt％和wc：38-42wt％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫耐磨耐蝕fe-cr-w-si-c合金材料，其特征在于，所述組織組成相d：fe9cr9si2金屬硅化物固溶體+wc+cr7c3+鐵基固溶體的組成按質(zhì)量百分比計(jì)包括fe：39-44wt％、cr：10-12wt％、si：1.5-3wt％和wc：44-48wt％。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫耐磨耐蝕fe-cr-w-si-c合金材料，其特征在于，所述合金可加入2-7wt％的mo進(jìn)行合金化。

7.一種如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的高溫耐磨耐蝕fe-cr-w-si-c合金材料的應(yīng)用，其特征在于，將所述高溫耐磨耐蝕fe-cr-w-si-c合金材料用于制作包括高溫耐磨耐沖蝕機(jī)械零部件和高溫耐磨耐沖蝕防護(hù)涂層。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高溫耐磨耐蝕fe-cr-w-si-c合金材料的應(yīng)用，其特征在于，所述高溫耐磨耐沖蝕機(jī)械零部件的制備方法為：采用包括感應(yīng)合金熔煉或電弧合金熔煉的方法制得合金坯料，將所述合金坯料通過水冷金屬型鑄造的方法鑄造成型，得到成品。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高溫耐磨耐蝕fe-cr-w-si-c合金材料的應(yīng)用，其特征在于，所述高溫耐磨耐沖蝕機(jī)械零部件的制備方法為：采用包括惰性氣體保護(hù)氣霧化或離心霧化的方法制得合金粉末，將所述合金粉末通過高能束流增材制造的方式制造成型，得到成品。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高溫耐磨耐蝕fe-cr-w-si-c合金材料的應(yīng)用，其特征在于，所述高溫耐磨耐沖蝕防護(hù)涂層的制備方法為：采用包括惰性氣體保護(hù)氣霧化或離心霧化的方法制得合金粉末，將所述合金粉末通過包括激光熔敷、等離子噴涂或火焰噴涂的方法噴涂在金屬機(jī)械零件表面上，制成所述高溫耐磨耐沖蝕防護(hù)涂層。

技術(shù)總結(jié)
公開了一種高溫耐磨耐蝕Fe?Cr?W?Si?C合金材料及應(yīng)用，包括多種組織組成相，所述合金組成元素包括Fe、Cr、Si、W和C元素；所述W和C元素以WC的形式加入；所述合金化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)包括Fe：39?58wt％、Cr：4?12wt％、Si：1.5?8wt％和WC：32?53.5wt％。該合金材料具有優(yōu)異的耐高溫、耐磨損和耐腐蝕的性能，可廣泛應(yīng)用于冶金、能源、石油、化工、鋼鐵等工業(yè)中大量存在的在高溫氧化及腐蝕等環(huán)境下承受摩擦磨損作用的機(jī)械運(yùn)動(dòng)副零部件。

技術(shù)研發(fā)人員：袁源,吳新謙
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廈門數(shù)字智造工業(yè)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9