專利名稱：一種鐵基粉末及其零件的制作方法
一種鐵基粉末及其零件本專利在于發明一種具有優良耐磨性能以及耐腐蝕性能的鐵合金粉末及其零件。 鐵基合金具有較低的成本，所以對鐵基合金的研究受到了廣泛的關注。比如說威海三盾的專利CN 183118(^，其主要成份是(重量百分比)0.8-5%的碳，9-30的鉻，0. 1-2的釩，0. 3-5的鉬，0. 2-5的硼，0. 5-6的鎳，0. 01-2的稀土，余量為Fe。 該發明涉及一種堆焊和鑄造的耐磨合金材料，以鉻的碳硼化合物為主要硬質強化相，硬度較以純碳化鉻為硬質項的普通高鉻堆焊合金有了一定的提高。再比如說專利CN86107901，其主要成份是(重量百分比)0_40%的鉻，1_40%的鉬，1-15%的銅，0. 2-5%的硼，0-5%的硅，0. 01-2%的碳，余量為狗。該成份的合金粉末解決了耐磨耐腐蝕性能。但由于含有較高的稀貴金屬鉬，所以成本較高。而我們研究的具有優良耐磨性能以及耐腐蝕性能的鐵基粉末，有效的控制了稀貴元素的量，使得我們的成本得到了有效的控制。根據我們的工作，做了大量的鐵合金方面的工作。找到了一個成分范圍，它在具有優良耐磨性的同時還具有耐腐蝕性能。且經過實驗，其耐腐蝕性能能夠達到不銹鋼316L的性能。拓寬了產品的用途，除了應用于需要高耐磨性能的工況，還可以應用于耐蝕的工況， 例如造紙機器、印刷機軋輥上。本發明從提高硬質相的硬度入手，除了常用的硼化合物，碳化合物等硬質強化相， 本發明還以TW2為硬質強化相，TW2具有耐磨耐腐蝕的特性，其HV有3000之高，幾乎是碳化鎢顯微硬度的兩倍。本發明除了含Cr，Ti，B，C，Si，Mn，Ni等合金元素之外，進一步的，可以加入Mo、Cu、Co, W, V等進一步改善合金的性能；加入一定量的稀土元素，使得合金晶粒細化，顯著改善合金的抗沖擊性能。本發明的主要目的是提供一種新穎的可用于噴涂和PTA的鐵基合金粉末以及粉末冶金零件。本發明具有優良的耐磨性能以及耐腐蝕性能，可替換鍍鉻工藝用于發動機活塞環、液壓缸(輥)、造紙機及印刷機軋輥等需要高耐磨和耐腐蝕的表面涂層合金。其合金成份含 15-45% 的鉻，0. 05-5. 5% 的硅，0. 5-8% 的碳，0. 01-5% 的錳，0. 01-8%鈦，0-15% 的鎳，2-12%的硼以及其它特殊合金的加入元素。由于特殊的成份設計，使得該成份具有較好的耐磨性能和耐腐蝕性能。其耐磨性可以達到Cr3C2-NiCr的水平，耐腐蝕性能達到316L的水平。更進一步，如果加入微量的細化晶粒的元素，產品的性能能夠取得更進一步的改善。 本發明鐵合金成分可以通過水霧化或者氣霧化制成熱噴涂粉末用于噴涂或者PTA，同時本發明的鐵合金成分可以制成粉末冶金零件。
圖1為該發明實施例1放大5000倍的電鏡圖， 圖2為該發明實施例1放大500倍的電鏡圖，圖3為實施例4的金相組織圖。實施例實施例1根據本發明，利用水霧化的方式制備熱噴涂粉末，其中熔煉溫度為1500-1700度， 霧化冷卻壓力30-40Mpa，水浴溫度40度。該粉末具有以下的重量百分比成份20% 鉻，1.2% 硅，
1.5% 錳，3. 5%硼，1.5% 碳，1% 鈦，2% 鎢，1% 釩，余量為鐵。利用泰勒篩篩分出15-45um的粉末。采用T1-13200CY型號的HVOF設備進行噴涂， 基體為常用的Q235鋼。噴涂設備采用航空燃油座位燃料，氧氣作為助燃氣，送粉載氣采用氮氣。煤油流量為20. 4L/H，氧氣流量為61. ^i3ZU氧氣壓力1. 23M/^a，送粉率為6Kg/h，噴涂距離為330mm。對以上噴涂涂層進行顯微硬度測試試樣大小為10mm*14mm*5mm，采用71型顯微硬度計進行實驗，實驗載荷為300g，壓力保持時間為15s，測試結果顯示HV0. 3為982Mpa。對涂層進行磨粒磨損實驗。磨粒磨損試驗用根據ASTM-G6-91標準試制的干式橡膠輪磨損試驗機進行。試驗尺寸為25mm*40mm*3mm。試驗載荷為13N，磨料為120號棕剛玉砂，橡膠輪轉速為50r/min，砂流量為lOOg/min，磨損時間為15min，涂層的磨損用失重量表示，測試結果為2%ig。實施例2根據本發明，利用水霧化的方式制備熱噴涂粉末，其中熔煉溫度為1500-1700度， 霧化冷卻壓力30-40Mpa，水浴溫度40度。該粉末具有以下的重量百分比成份27% 鉻，1. 3% 硅，10% 鎳，4% 鈷，0.8% 錳，0.02% 鈦，2. 5% 硼，0. 5% 碳，5% 鉬，余量為鐵。利用同實例1的實驗條件進行噴涂，并對樣品做顯微硬度測試、涂層磨粒磨損實驗和沖蝕磨損實驗。其結果如下HVO. 3 為 715Mpa涂層失重量為33mg同時，為了測試其耐腐蝕性能，根據EN ISO 9227進行鹽霧腐蝕實驗，其結果500 小時無腐蝕.實施例3根據本發明，利用水霧化的方式制備熱噴涂粉末，其中熔煉溫度為1500-1700度， 霧化冷卻壓力30-40Mpa，水浴溫度40度。該粉末具有以下的重量百分比成份
25% 鉻，1% 硅，5. 5%硼，1% 錳，1. 5% 碳，3% 鈦，0. 2% 鑭，余量為鐵。利用同實施例1的實驗條件進行噴涂，并對樣品做顯微硬度測試、涂層磨粒磨損實驗和沖蝕磨損實驗。其結果如下HV0. 3 為 1120Mpa涂層失重量為22mg根據實施例3發現，因為加入了細化晶粒的元素，使得其硬度和抗沖蝕性能大幅度的提高。實施例4將實施例1所制作的粉末經泰勒篩篩取-20um的鐵合金粉末，添加硬脂酸鋅和無水乙醇使其成型，之后在700Mpa的壓力下進行壓制成型；壓制后進行燒結，燒結工藝為300 攝氏度預燒并保溫2個小時，加熱至1150-1280攝氏度保溫0. 5-2小時。對以上所述鐵合金制品進行洛氏硬度的測試，其結果為61HRC。用同樣的方法對常用耐火模具材料40Cr進行硬度測試，其硬度是52HRC。對比例1利用實施例1中的顯微硬度實驗及磨粒磨損實驗方法對粒度為15-45um的 Cr3C2-25NiCr噴涂粉測試其涂層性能。其結果如下HV0. 3 為 860Mpa涂層失重量為25mg對比例2利用同實施例2相同的試驗方法對粒度為15_53um的316L噴涂粉測試其涂層腐蝕性能。其結果M小時表面有腐蝕痕跡。實施例1，3和對比例1在硬度上和耐磨性能上對比數據如下
權利要求
1. 一種鐵合金，其特征在于具有優良的耐磨性，合金成份含(重量百分比)15 至 45%鉻，0. 04 至 5. 5%硅，0. 5 至 8%碳，0. 01 至 5%錳，0. 01 至 8%鈦，0 至 15%鎳，2 至 12%硼。余量為至少10%的鐵及特殊的合金加入元素。
2.根據權利要求1的合金，其特征在于進一步加入一定量的合金元素(按重量百分比)總重量最多達15%的一種或多種由鉬、銅和鈷組成中選出的元素。
3.根據權利要求1的合金，其特征在于進一步加入一定量的合金元素(按重量百分比)總重量最多達15%的一種或多種由鎢和釩組成中選出的元素。
4.根據權利要求1、2、3的合金，其特征在于進一步加入一定量的稀土元素以細化合金晶粒，改善合金的抗沖擊性能(按重量百分比)總重量最多不超過5%的一種或多種鑭、鈰、釔等稀土元素。
5.根據權利要求1、2、3、4的合金，其特征在于該合金可以加工成熱噴涂合金粉末。
6.根據權利要求1、2、3、4的合金，其特征在于該合金可以加工成粉末冶金零件。
全文摘要
本發明涉及含鐵、鉻、硅、硼、碳、鈦、鎳、錳的鐵合金粉末，可用于火焰噴涂、等離子轉移弧堆焊以及HVOF。本發明具有優良的耐磨性能和耐腐蝕性能，可替換鍍鉻工藝用于發動機活塞環、液壓缸(輥)、造紙機及印刷機軋輥等需要高耐磨和耐腐蝕的表面涂層合金。同時該成分可以制作而成粉末冶金零件，用于對耐磨要求比較高的零件，例如耐火磚模具等。
文檔編號C22C38/32GK102286702SQ20111023183
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月15日 優先權日2011年8月15日
發明者丁立平, 朱明生 申請人:奧美合金材料科技(北京)有限公司