一種鐵基無磁熔覆層用合金粉末材料的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于表面強化領域，具體涉及一種無磁鐵基熔覆層用的多元合金粉末材料 及制備方法。
【背景技術】
[0002] 在礦山開采、油氣鉆探等工業(yè)領域，定向勘探技術是掘進系統(tǒng)中必不可少的重要 組成部分，苛刻的服役條件不僅要求相應機械零部件具備優(yōu)異的耐磨和抗蝕性能，同時還 要滿足定向勘探中對材料無磁性能的要求。采用適宜的表面處理技術，在目前常用的奧氏 體不銹鋼等無磁材質零部件的表面制備一層無磁防護涂層，被認為是解決此類部件磨損和 腐蝕問題，并實現表面強化和修復相結合的最為經濟、有效的技術措施之一。
[0003]目前，廣泛應用的無磁涂層材料主要是以Ni基合金為主，尤其是引入陶瓷硬質相 (主要是WC)的WC-Ni基無磁粉末材料，盡管WC-Ni熔覆材料在實際工程中得到了較好的應 用，但由于其使用成本較高，且WC相在涂層制備過程中易發(fā)生分解形成具有鐵磁性的新相 進而影響涂層整體的磁性能，因此開發(fā)低成本、高性能的Fe基無磁熔覆層替代材料已成為 近年來該領域研宄的熱點問題之一。
[0004] 在涂層制備方法中，通過高能量等離子弧為熱源進行的等離子弧堆焊技術 (Plasma transferred arc-welding, PTAW)具有稀釋率小、微觀缺陷少、涂層與基體冶金結 合等特點，是制備高性能無磁涂層的經濟有效方法之一。
[0005] 經檢索，目前并無采用等離子弧堆焊方法（PTAW)制備鐵基合金無磁熔覆層相關 技術的專利報道。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種無添加硬質相的高硬度鐵基無磁熔覆層用多元合金 粉末及其制備方法。
[0007] -種鐵基無磁熔覆層用合金粉末材料，該合金粉末材料包括還原鐵粉、電解錳粉、 高碳鉻鐵、鉬鐵、硼鐵、鎢鐵、碳化鉻以及碳化硼，上述合金粉末粒度均在75 ym-150 ym ;合 金粉末中元素成分質量百分含量范圍如下：Cr:6-18wt. % ;Mo:5-10wt. % ;W:2-5wt. %， C:0. 5_2wt. % ;B:0. 5_3wt. % ;Mn:0_15wt. %，Fe 及不可避免的雜質：余量。
[0008] 優(yōu)選所述鐵基恪覆層用的合金粉末的元素質量百分含量為：Cr:7_15wt. % ; Mo:5. 5-9. 5wt. % ；ff:2. 5-5wt.%,C:0. 8-1. 8wt. % ；B:0. 5-2. 8wt. % ； ,Mn:0. 5-13wt.%, Fe及不可避免的雜質：余量。
[0009] 采用本發(fā)明上述多元合金粉末材料的一種無添加硬質相的高硬度鐵基無磁恪覆 層的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0010] 步驟1、選用工業(yè)級金屬、合金和陶瓷粉末，包括還原鐵粉、電解錳粉、高碳鉻 鐵、鉬鐵、硼鐵、鎢鐵、碳化鉻以及碳化硼，將其進行篩分并機械混合，最終獲得粒度均 在75ym-150iim的合金粉末，合金粉末中元素成分的質量百分含量為Cr:6-18wt.%; Mo:5_10wt. % ;W:2_5wt. %，C:0.5_2wt. % ;B:0.5_3wt. % ;Mn:0_15wt. %，Fe 及不可避免 的雜質：余量；
[0011] 步驟2、對基體表面進行預處理去除表面氧化膜；
[0012] 優(yōu)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；
[0013] 步驟3、將步驟1粉末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70-90A ;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：240-280L/h ;送粉氣流量：240-280L/h ;保護氣流 量：350-450L/h ;送粉電壓：5. 5-6. 5V。
[0014] 對步驟3所述噴涂工藝進行優(yōu)化，堆焊工藝參數設定為：轉移弧電壓29-31V ; 轉移弧電流80-90A ;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：245-270L/h ;送粉氣流量：245-270L/h ;保護氣流量：360-420L/h ;送粉電壓： 5. 8-6. 5V〇
[0015] 本發(fā)明所述方法制備的一種鐵基高硬度無磁熔覆層所具有的無磁性與高硬度是 其自身組分所決定的。其作用為：
[0016] 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。
[0017] W、Mo :生成硬質相提高合金耐磨性，此外Mo元素的引入有利于降低合金材料的居 里轉變溫度，而W的加入也可起到固溶強化基體相的作用。
[0018] B，C元素：在鐵基合金中加入適量的B與C可以獲得高硬度的硼碳化合物，從而提 高堆焊合金的硬度與耐磨性。
[0019] Mn:Mn是強奧氏體形成元素，擴大奧氏體相區(qū)，降低合金的磁性能并且提高熔覆 層韌性。
[0020] 本發(fā)明與常規(guī)的熔覆材料相比，具有以下特點：
[0021] 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。
[0022] 2、組織均勻：所開發(fā)的Fe基多元合金熔覆層組織主要是由y -Fe相、MoFeB相與 M23 (B，C) 6相組成（其中M = Fe，Cr，Mo. W. Mn)，彌散分布的MoFeB相，對熔覆層組織能夠起 到有效的支撐和強化作用。
[0023] 3、無磁性能：本發(fā)明材料制備的Fe基熔覆層的相對磁導率y,在1.0042~ 1. 0089之間，表現為無磁性能。
[0024] 本發(fā)明可用于在無磁機械零部件表面制備無磁耐磨涂層，實現零部件的表面強化 和修復。本發(fā)明制備的熔覆層具有無磁性，硬度高、產生開裂和其他熔覆缺陷的傾向小。
【附圖說明】
[0025] 圖1實施例2制備的熔覆層XRD分析圖譜；
[0026] 圖2實施例2制備的熔覆層SEM典型形貌特征；
[0027] 圖3實施例2制備的熔覆層的磁滯回線。
【具體實施方式】
[0028] 下面通過實施例進一步闡明本發(fā)明的實質性特點和顯著優(yōu)點，本發(fā)明并非僅局限 于所陳述的實施例。
[0029] 制備一種無添加硬質相的高硬度鐵基無磁熔覆層的方法，包括以下步驟：各實施 例中具體參數見實施例：
[0030] 1、基體選用AISI304L不銹鋼（200X50X10mm)，表面經粒度為180目砂紙預磨后， 采用粒度