用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料及其應用
【專利摘要】本發明公開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相分布均勻，與基體的結合力增強，阻礙了磨粒磨損過程中的剝落，提高了耐磨粒磨損性能；解決了一些大型設備和關鍵部件的表面保護和工件修復，節約了成本，創造了經濟效益。
【專利說明】
用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳鉻鐵合金粉末材料及其應用
技術領域
[0001]本發明屬于鎳鉻鐵合金粉末技術領域，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用。
【背景技術】
[0002]目前，Ni基、Co基和Fe基等自熔性合金涂層被廣泛應用于材料表面保護及工件修復，特別是在大型進口設備的維修及關鍵部件的替代方面，如石油鉆采設備泥漿栗的缸套、水電廠水輪機轉輪、火電廠磨煤機襯板、大型抽水栗的主軸、機械行業中各種螺旋輸送裝置和推進器的耐磨件等，具有明顯的經濟效益和社會效益。Ni基自熔性合金具有優良的耐磨、耐蝕、耐熱和抗氧化性能，因而Ni基合金應用更加廣泛。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程中硬質相容易剝落，造成磨損加劇，從而導致耐磨粒磨損性能下降。
[0003]現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程中硬質相容易剝落，造成磨損加劇。
【發明內容】
[0004]本發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用，旨在解決現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程中硬質相容易剝落，造成磨損加劇的問題。
[0005]本發明是這樣實現的，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]進一步，所述用于耐磨粒磨損的含稀土的鎳絡鐵合金粉末材料粒度為40μηι~95μm ；松散密度為4.18g/cm3，流動性為17.6s/50g ；氧量低為0.02%?0.08%，硬度為HRC58?62。
[0007]本發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#鋼表面進行噴砂粗化；
步驟二，加入少量的有機粘結劑，粘結劑的質量分數(W)為15%，合金粉體均勻混合，涂敷在工件基體上，然后經過干燥后，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#鋼的界面為冶金結合。
[0008]進一步，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到 Ra40_80ym。
[0009]進一步，所述干燥采用馬夫爐加熱180°C，加熱時間為40min。
[0010]進一步，所述耐磨涂層由y_(Fe，Ni)、Cr23C6、(Fe，Ni) 23C6、CrB、Ni4B3組成。
[0011]本發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備泥漿栗缸套。
[0012]本發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轉輪。
[0013]本發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器耐磨件。
[0015]本發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用，微量RE元素可降低材料中的有害雜質，如P、S、0、H等，有清渣排氣的作用、能凈化晶界、細化晶粒、強化固溶體，可形成新的強化相，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。本發明采用熱噴熔方法，實現該種合金與母體材料的粘合，采用先進的材料分析手段研究稀土對合金組織作用機理和與母體材料的結合界面作用機制，同時采用重熔處理技術，優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相分布均勻，與基體的結合力增強，不加稀土噴熔層的結合強度約為39.2MPa，加入了稀土后噴熔層的結合強度約為53.5MPa，提高了結合強度，，阻礙了磨粒磨損過程中的剝落，提高了耐磨粒磨損性能，解決一些大型設備和關鍵部件的表面保護和工件修復，節約成本，創造經濟效益;與傳統的Ni60合金相比，鎳的含量為Ni 40%左右，而本發明鎳的含量為Ni 18%?20%，降低了貴重金屬的含量。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明實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。
【具體實施方式】
[0017]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0018]下面結合附圖對本發明的應用原理作詳細的描述。
[0019]本發明實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]本發明實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，流動性為17.6s/50g ；氧量低為0.02%-0.08%，硬度為HRC58
?62 ο
[0021]本發明實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用為耐磨涂層的制備;如圖1所示，本發明實施例的耐磨涂層的制備方法包括以下步驟:
SlOl:基材表面預處理，用鋼絲刷浸蘸丙酮或汽油清洗基材表面，去除油污及銹斑，使表面清潔無污物;對基材45#鋼表面進行噴砂粗化； S102:加入少量的有機粘結劑，將合金粉體均勻混合，涂敷在工件基體上，然后經過干燥后(采用馬夫爐加熱、自然風干或紅外線加熱方法)，形成具有一定強度的合金粉體薄殼；S103:然后用SPH-F2000型氧-乙炔焰噴熔炬，進行重熔工藝，重熔溫度為1100°C，噴熔層厚度為0.8?1.2mm，噴熔層與45#鋼的界面為冶金結合。
[0022]下面結合具體實施例對本發明的應用原理作進一步的描述。
[0023]實施例1
本發明的實施例首先根據已確定的合金的化學成分來進行配料，將配好的料在感應爐中熔化成金屬液，并對其進行必要的精煉處理，得到合格的金屬液。通過霧化法制備出合金粉末，對該粉末經沉淀、烘干、篩粉，檢驗工序得到合格的粉體材料。
[0024]采用上海噴涂機械廠生產的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#鋼的界面為冶金結合。
[0025]噴熔的工藝流程主要包括:基材表面預處理和噴焊。
[0026]1.基材表面預處理
噴熔層要與基材結合良好，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過凈化和粗化加工處理使表面清潔、粗糙及修整成適當形狀，表面制備在噴焊層制備工藝過程中很重要，其處理質量直接影響到噴熔層質量，其過程大致如下:
(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，使表面清潔無污物。
[0027](2)噴砂粗化處理
對基材45#鋼表面進行噴砂粗化，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，經過粗化處理的表面才能和噴熔層產生良好的機械結合，正確的粗化處理能起到以下作用:使涂層對基材產生壓應力，使打底噴涂層中變形的扁平狀粒子與基材表面互相嵌合，增大涂層與基材結合的面積減少涂層的殘余應力，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、化學結合。
[0028]根據國標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)，借助射吸式裝置對基材表面實施粗化及凈化處理，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到Ra40-80ym且干燥、無灰塵、無油污、無氧化皮和無銹跡。
[0029]2.噴熔(噴焊)
加入少量的有機粘結劑，將合金粉體均勻混合，涂敷在工件基體上，然后經過干燥后(采用馬夫爐加熱、自然風干或紅外線加熱方法)，形成具有一定強度的合金粉體薄殼，然后用SPH-F2000型氧-乙炔焰噴熔炬，進行重熔工藝，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]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
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鐵合金粉末材料粒度為40μηι?95μηι;松散密度為4.18g/cm3，流動性為 17.6s/50g ；氧量低為 0.02%-0.08%，硬度為 HRC58?62。3.—種利用權利要求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#鋼表面進行噴砂粗化； 步驟二，加入粘結劑，質量分數為15%的有機粘結劑，將合金粉體均勻混合，涂敷在工件基體上，然后經過干燥后，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#鋼的界面為冶金結合。4.如權利要求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到Ra40-80ym。5.如權利要求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，加熱時間為40min。6.如權利要求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備泥漿栗缸套。8.—種涂有權利要求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轉輪。9.一種涂有權利要求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器耐磨件。
【文檔編號】C23C4/129GK106077618SQ201610692797
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月22日 公開號201610692797.5, CN 106077618 A, CN 106077618A, CN 201610692797, CN-A-106077618, CN106077618 A, CN106077618A, CN201610692797, CN201610692797.5
【發明人】張振宇, 梁補女
【申請人】蘭州工業學院