用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料及其應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料及其應(yīng)用，所述用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料按重量百分比計(jì)各組分為C 2.0%~3.0%、B 3.0%~4.0%、Si 2.5%~3.5%、Ni 18%~20%、Cr 16%~18%、Ce 0.3%~0.5%、Fe余量。本發(fā)明添加稀土元素，提高合金性能，降低貴重金屬的含量，從而降低合金成本，稀土的添加使涂層組織中的硬質(zhì)相分布均勻，與基體的結(jié)合力增強(qiáng)，阻礙了磨粒磨損過(guò)程中的剝落，提高了耐磨粒磨損性能；解決了一些大型設(shè)備和關(guān)鍵部件的表面保護(hù)和工件修復(fù)，節(jié)約了成本，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說(shuō)明】
用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于鎳鉻鐵合金粉末技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，Ni基、Co基和Fe基等自熔性合金涂層被廣泛應(yīng)用于材料表面保護(hù)及工件修復(fù)，特別是在大型進(jìn)口設(shè)備的維修及關(guān)鍵部件的替代方面，如石油鉆采設(shè)備泥漿栗的缸套、水電廠水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪、火電廠磨煤機(jī)襯板、大型抽水栗的主軸、機(jī)械行業(yè)中各種螺旋輸送裝置和推進(jìn)器的耐磨件等，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。Ni基自熔性合金具有優(yōu)良的耐磨、耐蝕、耐熱和抗氧化性能，因而Ni基合金應(yīng)用更加廣泛。但由于其中貴重金屬鎳含量較高，因而，其成本較高。Ni基自熔性合金涂層組織在磨粒磨損過(guò)程中硬質(zhì)相容易剝落，造成磨損加劇，從而導(dǎo)致耐磨粒磨損性能下降。
[0003]現(xiàn)有鎳基合金貴重金屬鎳含量較高、成本較高，以及Ni基合金涂層組織在磨粒磨損過(guò)程中硬質(zhì)相容易剝落，造成磨損加劇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料及其應(yīng)用，旨在解決現(xiàn)有鎳基合金貴重金屬鎳含量較高、成本較高，以及Ni基合金涂層組織在磨粒磨損過(guò)程中硬質(zhì)相容易剝落，造成磨損加劇的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料，所述用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料按重量百分比計(jì)各組分為C 2.0%?3.0%、B 3.0%?4.0%、Si 2.5%?3.5%、Ni 18%?20%、Cr 16%?18%、Ce 0.3%?0.5%、Fe余量。
[0006]進(jìn)一步，所述用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳絡(luò)鐵合金粉末材料粒度為40μηι~95μm ；松散密度為4.18g/cm3，流動(dòng)性為17.6s/50g ；氧量低為0.02%?0.08%，硬度為HRC58?62。
[0007]本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用所述用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料的耐磨涂層的制備方法，所述耐磨涂層的制備方法包括以下步驟:
步驟一，鋼絲刷浸蘸丙酮或汽油清洗基材表面，基材45#鋼表面進(jìn)行噴砂粗化；
步驟二，加入少量的有機(jī)粘結(jié)劑，粘結(jié)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(W)為15%，合金粉體均勻混合，涂敷在工件基體上，然后經(jīng)過(guò)干燥后，形成合金粉體薄殼；
步驟三，SPH-F2000型氧-乙炔焰噴熔炬，進(jìn)行重熔工藝，重熔溫度為1100°C，噴熔層厚度為0.8?1.2mm，噴熔層與45#鋼的界面為冶金結(jié)合。
[0008]進(jìn)一步，所述噴砂所用的磨料為粒度為20-40目的剛玉砂;噴砂后基材表面粗糙度達(dá)到 Ra40_80ym。
[0009]進(jìn)一步，所述干燥采用馬夫爐加熱180°C，加熱時(shí)間為40min。
[0010]進(jìn)一步，所述耐磨涂層由y_(Fe，Ni)、Cr23C6、(Fe，Ni) 23C6、CrB、Ni4B3組成。
[0011]本發(fā)明的另一目的在于提供一種涂有所述用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料的石油鉆采設(shè)備泥漿栗缸套。
[0012]本發(fā)明的另一目的在于提供一種涂有所述用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料的水電廠水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪。
[0013]本發(fā)明的另一目的在于提供一種涂有所述用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料的抽水栗主軸。
[0014]本發(fā)明的另一目的在于提供一種涂有所述用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料的螺旋輸送裝置和推進(jìn)器耐磨件。
[0015]本發(fā)明提供的用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料及其應(yīng)用，微量RE元素可降低材料中的有害雜質(zhì)，如P、S、0、H等，有清渣排氣的作用、能凈化晶界、細(xì)化晶粒、強(qiáng)化固溶體，可形成新的強(qiáng)化相，提高材料的綜合性能，改善材料的耐熱性、耐腐蝕、抗氧化等方面的性能。本發(fā)明采用熱噴熔方法，實(shí)現(xiàn)該種合金與母體材料的粘合，采用先進(jìn)的材料分析手段研究稀土對(duì)合金組織作用機(jī)理和與母體材料的結(jié)合界面作用機(jī)制，同時(shí)采用重熔處理技術(shù)，優(yōu)化合金涂層制備工藝；由于添加稀土元素，提高合金性能，降低貴重金屬的含量，從而降低合金成本，稀土的添加使涂層組織中的硬質(zhì)相分布均勻，與基體的結(jié)合力增強(qiáng)，不加稀土噴熔層的結(jié)合強(qiáng)度約為39.2MPa，加入了稀土后噴熔層的結(jié)合強(qiáng)度約為53.5MPa，提高了結(jié)合強(qiáng)度，，阻礙了磨粒磨損過(guò)程中的剝落，提高了耐磨粒磨損性能，解決一些大型設(shè)備和關(guān)鍵部件的表面保護(hù)和工件修復(fù)，節(jié)約成本，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益;與傳統(tǒng)的Ni60合金相比，鎳的含量為Ni 40%左右，而本發(fā)明鎳的含量為Ni 18%?20%，降低了貴重金屬的含量。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料的耐磨涂層制備方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。
[0019]本發(fā)明實(shí)施例的用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料按重量百分比計(jì)各組分為C 2.0%?3.0%、Β 3.0%?4.0%、Si 2.5%?3.5%、Ni 18%?20%、Cr 16%?18%、Ce 0.3%?
0.5%、Fe 余量。
[0020]本發(fā)明實(shí)施例的用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料粒度范圍為40μm -95μπι；松散密度為4.18g/cm3，流動(dòng)性為17.6s/50g ；氧量低為0.02%-0.08%，硬度為HRC58
?62 ο
[0021]本發(fā)明實(shí)施例的用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料應(yīng)用為耐磨涂層的制備;如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的耐磨涂層的制備方法包括以下步驟:
SlOl:基材表面預(yù)處理，用鋼絲刷浸蘸丙酮或汽油清洗基材表面，去除油污及銹斑，使表面清潔無(wú)污物;對(duì)基材45#鋼表面進(jìn)行噴砂粗化； S102:加入少量的有機(jī)粘結(jié)劑，將合金粉體均勻混合，涂敷在工件基體上，然后經(jīng)過(guò)干燥后(采用馬夫爐加熱、自然風(fēng)干或紅外線加熱方法)，形成具有一定強(qiáng)度的合金粉體薄殼；S103:然后用SPH-F2000型氧-乙炔焰噴熔炬，進(jìn)行重熔工藝，重熔溫度為1100°C，噴熔層厚度為0.8?1.2mm，噴熔層與45#鋼的界面為冶金結(jié)合。
[0022]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步的描述。
[0023]實(shí)施例1
本發(fā)明的實(shí)施例首先根據(jù)已確定的合金的化學(xué)成分來(lái)進(jìn)行配料，將配好的料在感應(yīng)爐中熔化成金屬液，并對(duì)其進(jìn)行必要的精煉處理，得到合格的金屬液。通過(guò)霧化法制備出合金粉末，對(duì)該粉末經(jīng)沉淀、烘干、篩粉，檢驗(yàn)工序得到合格的粉體材料。
[0024]采用上海噴涂機(jī)械廠生產(chǎn)的SPH-F2000型氧-乙炔焰噴熔炬。用噴熔方法將合金粉末均勻涂覆于經(jīng)清洗、除油和噴砂(20-40目的剛玉砂)處理后的45#鋼試樣端面，噴熔層厚度為0.8?1.2mm，噴熔層與45#鋼的界面為冶金結(jié)合。
[0025]噴熔的工藝流程主要包括:基材表面預(yù)處理和噴焊。
[0026]1.基材表面預(yù)處理
噴熔層要與基材結(jié)合良好，基材表面必須是清潔的，并要有一定的粗糙度，
因此在噴焊之前基材的噴涂表面必須經(jīng)過(guò)凈化和粗化加工處理使表面清潔、粗糙及修整成適當(dāng)形狀，表面制備在噴焊層制備工藝過(guò)程中很重要，其處理質(zhì)量直接影響到噴熔層質(zhì)量，其過(guò)程大致如下:
(I)用鋼絲刷浸蘸丙酮或汽油清洗基材表面，去除油污及銹斑，使表面清潔無(wú)污物。
[0027](2)噴砂粗化處理
對(duì)基材45#鋼表面進(jìn)行噴砂粗化，目的是使凈化的基材表面形成均勻的凸凹不平的粗糙面，并控制到所要求的粗糙度，經(jīng)過(guò)粗化處理的表面才能和噴熔層產(chǎn)生良好的機(jī)械結(jié)合，正確的粗化處理能起到以下作用:使涂層對(duì)基材產(chǎn)生壓應(yīng)力，使打底噴涂層中變形的扁平狀粒子與基材表面互相嵌合，增大涂層與基材結(jié)合的面積減少涂層的殘余應(yīng)力，使基材表面增加晶體缺陷，促使表面活化有助于噴涂層與基材的物理、化學(xué)結(jié)合。
[0028]根據(jù)國(guó)標(biāo)GB11373-89的要求，噴砂所用的磨料為粒度為20_40目的剛玉砂，利用清潔干燥的壓縮空氣(0.6-0.8MPa)，借助射吸式裝置對(duì)基材表面實(shí)施粗化及凈化處理，直至基材呈灰白色的金屬外觀和均勻的粗化面，噴后基材表面粗糙度達(dá)到Ra40-80ym且干燥、無(wú)灰塵、無(wú)油污、無(wú)氧化皮和無(wú)銹跡。
[0029]2.噴熔(噴焊)
加入少量的有機(jī)粘結(jié)劑，將合金粉體均勻混合，涂敷在工件基體上，然后經(jīng)過(guò)干燥后(采用馬夫爐加熱、自然風(fēng)干或紅外線加熱方法)，形成具有一定強(qiáng)度的合金粉體薄殼，然后用SPH-F2000型氧-乙炔焰噴熔炬，進(jìn)行重熔工藝，重熔溫度為1100°C，噴熔層厚度為0.8?1.2mm，噴恪層與45#鋼的界面為冶金結(jié)合。
[0030]涂層組織主要由y-(Fe，Ni)、Cr23C6、(Fe，Ni) 23C6、CrB和Ni4B3組成。
[0031]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料，其特征在于，所述用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料按重量百分比計(jì)各組分為C 2.0%?3.0%、B 3.0%?4.0%、Si 2.5%?3.5%、Ni 18%?20%、Cr 16%?18%、Ce 0.3%?0.5%、Fe余量。2.如權(quán)利要求1所述的用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料，其特征在于，所述用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳絡(luò)鐵合金粉末材料粒度為40μηι?95μηι;松散密度為4.18g/cm3，流動(dòng)性為 17.6s/50g ；氧量低為 0.02%-0.08%，硬度為 HRC58?62。3.—種利用權(quán)利要求1所述用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料的耐磨涂層的制備方法，其特征在于，所述耐磨涂層的制備方法包括以下步驟: 步驟一，鋼絲刷浸蘸丙酮或汽油清洗基材表面，基材45#鋼表面進(jìn)行噴砂粗化； 步驟二，加入粘結(jié)劑，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的有機(jī)粘結(jié)劑，將合金粉體均勻混合，涂敷在工件基體上，然后經(jīng)過(guò)干燥后，形成合金粉體薄殼； 步驟三，SPH-F2000型氧-乙炔焰噴熔炬，進(jìn)行重熔工藝，重熔溫度為1100°C，噴熔層厚度為0.8?1.2mm，噴熔層與45#鋼的界面為冶金結(jié)合。4.如權(quán)利要求3所述的耐磨涂層的制備方法，其特征在于，所述噴砂所用的磨料為粒度為20-40目的剛玉砂;噴砂后基材表面粗糙度達(dá)到Ra40-80ym。5.如權(quán)利要求3所述的耐磨涂層的制備方法，其特征在于，所述干燥采用馬夫爐加熱180°C，加熱時(shí)間為40min。6.如權(quán)利要求3所述的耐磨涂層的制備方法，其特征在于，所述耐磨涂層由γ-(Fe，Ni)、Cr23C6、(Fe，Ni) 23C6、CrB 'Ni4B3組成。7.—種涂有權(quán)利要求1或2所述用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料的石油鉆采設(shè)備泥漿栗缸套。8.—種涂有權(quán)利要求1或2所述用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料的水電廠水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪。9.一種涂有權(quán)利要求1或2所述用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料的抽水栗主軸。10.—種涂有權(quán)利要求1或2所述用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料的螺旋輸送裝置和推進(jìn)器耐磨件。
【文檔編號(hào)】C23C4/129GK106077618SQ201610692797
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月22日 公開(kāi)號(hào)201610692797.5, CN 106077618 A, CN 106077618A, CN 201610692797, CN-A-106077618, CN106077618 A, CN106077618A, CN201610692797, CN201610692797.5
【發(fā)明人】張振宇, 梁補(bǔ)女
【申請(qǐng)人】蘭州工業(yè)學(xué)院