一種高硼耐磨蝕合金制備方法

一種高硼耐磨蝕合金制備方法
【專利摘要】一種高硼耐磨蝕合金制備方法，屬于鋅液腐蝕磨損材料【技術領域】。先將粉末粒徑范圍為140-200目、質量分數分別為45～50％硼鐵粉、14～16％鉻鐵粉、3～5％鉬鐵粉、4～4.6％純鎳粉、1.5～2.5％WC粉和25～30％純鐵粉混合均勻，利用光纖激光器，采用同步送粉法，在不銹鋼基體材料上進行激光熔覆，可獲得表面無裂紋、夾雜和氣孔以及表面平整的高硼耐磨蝕合金激光熔覆層。
【專利說明】一種高硼耐磨蝕合金制備方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種耐腐蝕磨損合金制備方法，特別涉及一種高硼耐磨蝕合金制備方 法，屬于腐蝕材料【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 在熱鍍鋅生產線上，沉沒輥、穩定輥、矯直輥等關鍵輥類部件，在高溫熔融鋅液中 不僅遭受強烈腐蝕，而且傳送鋼帶的輥面運動速度高達35?40m/s，極易受到磨損。在這 兩方面的綜合作用下，輥面極易發生點蝕、坑蝕、磨痕、鋅瘤等表面損傷，導致上述部件更換 頻繁，降低了熱鍍鋅設備的作業率。為了提高材料的抗鋅液高溫腐蝕磨損能力，中國發明專 利CN 101748354A公開了一種耐鋅液腐蝕磨損復合涂層的噴涂方法，包括WC - Co粉體材 料、MoB - Co粉體材料和粉末噴涂裝置，其特征在于，該方法包括如下步驟：步驟一、對待噴 涂部件基體表面進行噴涂前預處理，采用有機溶劑清洗、預熱、除濕、除脂及活化處理；步驟 二、 采用所述的粉末噴涂裝置在待噴涂部件基體表面噴涂所述的WC - Co粉體材料作為打 底層，所述WC - Co粉體材料的粉體粒度為25 - 65 μ m，所述的粉末噴涂裝置的氧氣流速設 定為880 - 890升/分鐘，煤油流速設定為0. 35 - 0. 40升/分鐘，噴涂距離設定為300 - 390mm，熱噴涂供粉速度設定為60 - 100克/分鐘，所得涂層厚度為0. 15 - 0. 20mm ;步驟 三、 采用所述的粉末噴涂裝置在WC - Co粉體材料涂層表面噴涂所述的MoB - Co粉體材料 作為工作層，所述MoB - Co粉體材料的粉體粒度為25 - 65 μ m，所述的粉末噴涂裝置的氧 氣流速設定為880 - 920升/分鐘，煤油流速設定為0. 40 - 0. 45升/分鐘，噴涂距離設定為 300 - 390_，熱噴涂供粉速度設定為60 - 100克/分鐘，所得涂層厚度為0. 07 - 0. 10_。 中國發明專利CN 101215671B還公開了一種抗鋅液腐蝕磨損材料及其制造方法，該抗鋅液 腐蝕磨損材料化學成分是（重量％ ) :〇· 6 - 0· 8C，4. 0 - 7· 0B，4. 0 - 6. OCr，4. 0 - 7. 0Mo， 2. 0 - 5. 0W，0. 3 - 0· 6Si，0. 3 - 0· 6Mn，S < 0· 05，P < 0· 05,余量為 Fe。該發明抗鋅液腐 蝕磨損材料利用電爐熔煉，采用鑄造方法成型，鑄件經退火后進行粗加工，經980 - 1020°C 淬火和520 - 580°C回火后，進行精加工。該發明抗鋅液腐蝕磨損材料常溫硬度高，達到 62 - 65HRC，在500°C時的硬度也達到56 - 58HRC。抗彎強度達到了 900 - llOOMPa。中 國發明專利CN103769813A還公開了一種高硬度耐蝕鍍鋅沉沒輥的制造方法，包括以下步 驟：步驟一，對沉沒輥本體進行焊接前的噴砂糙化處理：將切割好的沉沒輥本體噴砂，然后 對噴砂后的沉沒輥進行清洗除污；步驟二，在沉沒輥表面焊接一層以碳化鎢為硬質相，鈷基 金屬為連接相的耐蝕硬化層。該發明的有益效果是：表層耐蝕材料與輥身基體采用焊接方 式，所采用焊接材料是在鈷基材料的基礎上添加碳化鎢硬質相，即可保證輥身表面的紅硬 性，又具有超強的耐磨性能，所實現焊層組織耐磨性能強于硬質合金；加工簡單，無需大型 設備，僅需簡單的焊接設備即可，對加工前輥身無苛刻要求，焊接層組織致密，無氣孔，氧化 物等夾雜，不存在鋅液侵蝕的空間。中國發明專利CN103741090A還公開了沉沒輥和穩定輥 表面涂層的噴涂方法，尤其涉及一種應用于沉沒輥和穩定輥表面的高送粉率抗高溫腐蝕、 耐磨損涂層的噴涂方法。該方法按以下步驟進行：工件的預處理、噴涂作業、涂層表面清理、 粗糙度調整、封孔處理、動平衡試檢驗、檢驗包裝。噴涂時粉末利用率高，送粉率達到45%， 涂層與基體的結合情況良好，結合強度> 70MPa ;噴涂WC基涂層時，噴涂后的WC顆粒氧化 分解少，同時粘結相Co也有益于涂層內顆粒間的結合，補充涂層韌性方面的不足，涂層硬 度HV1 > 1050,保證涂層具有較高硬度和良好的韌性；涂層噴涂后的封孔處理，進一步填充 涂層內的孔隙，孔隙率低于〇. 5%，防止腐蝕介質通過涂層孔隙進入腐蝕工件。中國發明專 利CN103233173A還公開了一種沉沒輥軸套及制備方法，沉沒輥軸套材料的化學成分是（質 量分數，％ ) :〇· 10 - 〇· 25C，2. 0 - 3· 0B，16. 0 - 18. OMn，2. 0 - 3. 5Cr，0· 15 - 0· 30N，S〈0. 03， P〈0. 03, Fe余量。該發明軸套材料利用電爐便可生產，具有硬度和強度高，韌性、耐蝕性和 耐磨性好等特點，制造工藝簡便，生產成本低廉。中國發明專利CN02851597A還公開了一種 抗磨蝕沉沒輥軸套及其制造方法，具體成分及質量分數％如下：〇. 15 - 0. 28C，3. 0 - 3. 5B， 2. 0 - 2. 5Cr,9. 5 - 10. Off,2. 5 - 3. ΟΜο,Ο. 65 - 0. 80Α1, 1. 20 - 1. 50Si,0. 25 - 0. 50Mn, 0. 04 - 0. 08Y,0. 06 - 0. 10Ti,0. 06 - 0. 10Nb,0. 03 - 0. 06Ca,0. 05 - 0. 08Mg,0. 08 - 0. 12K, S〈0. 04, P〈0. 05,余量為Fe。該發明抗磨蝕沉沒輥軸套利用電爐熔煉，采用鑄造方法成型， 經淬火和回火后進行精加工。該發明抗磨蝕沉沒輥軸套硬度高，耐磨性和強韌性及抗鋅液 腐蝕性能良好。中國發明專利CN102206792A還公開了一種低合金材料的沉沒輥，其所用材 料的成分所占重量百分比為 C0. 04 - 0· 06, SiO. 4 - 0· 8, Μη3· 5 - 4, P、S 彡 0· 02, Crl2 - 13， NiO. 7 - 1. 0, M〇0. 8 - 1. 2,其余為Fe和不可避免的雜質；所述沉沒輥按照如下步驟制備：1) 將碳棒、金屬硅、金屬錳、鎳板、鉻鐵、金屬鑰和鐵作為原料，烘干后放入中頻感應爐內，加入 的順序為先加入一定量鐵和碳棒，熔化后加入鎳板、金屬錳、金屬鑰，最后加入一定量鉻鐵， 當熔煉溫度達到1560 - 1580°C時，加入適量金屬硅；其中所述原料的配比為以1000kg材料 計，碳棒 〇· 1 _ 〇· 12kg、金屬娃 2 - 10kg、金屬猛 30 - 45kg、鎳板 5 - 10kg、鉻鐵 169 - 215kg、 金屬鑰5 - 15kg、鐵余量，其中鉻鐵為含鉻量65%的鐵；2)熔煉好后的鋼水經鋼包倒入高速 運轉型筒內，待冷卻后取出；3)取出鋼管迅速放入爐管內保溫冷卻100°C以下取出，取出后 鋼管進行正火，正火條件為980 - KKKTC，鋼管厚度每25mm保溫2小時，空冷；根據客戶圖 紙要求加工鋼筒尺寸，加工好鋼筒與沉沒輥兩端輥頸組焊，焊前預熱200 - 250°C，焊材采用 410H ;整體焊好后進行退火處理，退火條件為700°C，鋼管厚度每25mm保溫3小時；4)整體 退火后沉沒輥通過加工符合圖紙要求后，對其表面進行液體滲透檢查，動平衡試驗合格后 轉入客戶使用。中國發明專利CN102128208A還公開了一種高結合強度沉沒輥軸套的制備 方法，其特征在于該方法的步驟包括以下幾點：一、加工不銹鋼基體；二、機械精加工陶瓷 環；三、陶瓷表面金屬化，陶瓷表面金屬化層為50?400微米，含有金屬或非金屬，及粘結劑 和助劑，原料或是單質粉末，或是這幾種單質粉末的組合，其中，單質粉末為Co、Si、Cu、Cr、 B、和W中的幾種，粘結劑為NaCl和SnC14按質量2 :3混合，助劑為聚乙二醇和松香按質量 1 :1混合，并且Co的質量含量在40?60%之間，其他金屬元素的質量含量均不超過10% ; 四、釬焊連接不銹鋼基體和陶瓷環兩部分；五、機械加工至設計尺寸。
[0003] 但是，上述抗磨蝕合金或存在組織粗大、脆性大、使用中易剝落，或存在抗高溫磨 蝕性能差等不足。


【發明內容】

[0004] 本發明的目的是克服現有技術中的不足，提供一種采用激光熔覆方法，制備組織 細小、致密、抗鋅液腐蝕磨損優異的Fe2B相數量多的高硼耐磨蝕合金。
[0005] 本發明目的可通過以下工藝步驟實現：
[0006] ①先將粉末粒徑范圍為140-200目、質量分數分別為45?50%硼鐵粉、14?16% 鉻鐵粉、3?5%鑰鐵粉、4?4. 6%純鎳粉、1. 5?2. 5% WC粉和25?30%純鐵粉混合均 勻。
[0007] ②將上述混合均勻的粉料，利用光纖激光器，采用同步送粉法，在不銹鋼基體材料 上進行激光熔覆，送粉速率18_20g/min，激光功率為3. 0-4. 5KW，掃描速度為8-lOmm/s，熔 覆層數為8-10層。最后可獲得表面無裂紋、夾雜和氣孔以及表面平整的高硼耐磨蝕合金激 光熔覆層。
[0008] 如上所述硼鐵粉的化學成分質量分數為：19. 0?21. 0% B，彡0. 5% C，彡2% Si,彡 0· 5% A1,彡 0· 01% S,彡 0· 1% P,余量 Fe。
[0009] 如上所述鉻鐵粉的化學成分質量分數為：60?65% Cr, 6. 8?7. 5% C, < 3. 0% Si,彡 0· 05% S,彡 0· 06% P,余量 Fe。
[0010] 如上所述鑰鐵粉的化學成分質量分數為：66. 0?72. 0 % Mo,彡1. 5 % Si,彡 0· 10% S,彡 0· 05% P,彡 0· 10% Sb,彡 0· 50% Sn,余量 Fe。 toon] 本發明激光熔覆方法制備高硼耐磨蝕合金，合金粉以硼鐵粉、純鐵粉和鉻鐵粉為 主，其中加入質量分數45?50%硼鐵粉，主要是利用激光輸入的功率，在熔覆層中獲得數 量較多的Fe2B相，Fe2B具有硬度高，耐磨性好以及抗鋅液腐蝕性能優異等特點，是一種理 想的耐鋅液磨蝕相。加入質量分數14?16%鉻鐵粉，主要是利用鉻與碳結合，獲得高硬度 Cr7C3相，有利于提高合金的抗磨性能。此外，加入質量分數3?5%鑰鐵粉，主要是利用鑰固 溶于基體，提高基體高溫硬度，基體高溫硬度的提高，可阻止Fe 2B相和Cr7C3相在磨蝕過程 中發生剝落，從而達到提高合金抗高溫磨蝕能力。加入1. 5?2. 5% WC粉，可提高抗磨性。 在此基礎上，還加入4?4. 6%純鎳粉，主要是利用鎳固溶于基體，有利于提高基體塑性。
[0012] 本發明激光熔覆方法制備高硼耐磨蝕合金過程中，將混合均勻的合金粉料，利 用光纖激光器，采用同步送粉法，在不銹鋼基體材料上進行激光熔覆，當送粉速率控制在 18-20g/min，激光功率控制在3. 0-4. 5KW，掃描速度控制在8-10mm/s，熔覆層數控制在8-10 層，最后可獲得表面無裂紋、夾雜和氣孔以及表面平整的硬度高（超過850HV)，抗鋅液腐蝕 磨損性能好的高硼耐磨蝕合金激光熔覆層。
[0013] 本發明與現有技術相比具有以下優點：
[0014] 1)本發明高硼耐磨蝕合金采用激光熔覆方法制備，克服了傳統鑄造方法制備高硼 合金硼化物尺寸粗大，鑄造和使用過程中極易開裂的不足，也克服了粉末冶金方法工藝復 雜，成本高的不足；
[0015] 2)本發明高硼耐磨蝕合金中Fe2B相數量達到55?55% (體積分數），具有優異 的抗高溫鋅液腐蝕磨損能力，在相同腐蝕磨損條件下，其耐鋅液腐蝕磨損能力比316L不銹 鋼提高6?8倍。

【具體實施方式】
[0016] 以下結合實施例對本發明做進一步詳述，但本發明并不限于以下實施例。
[0017] 實施例1 :
[0018] 采用激光熔覆方法制備高硼耐磨蝕合金，具體制備工藝步驟是：
[0019] ①先將粉末粒徑范圍為140-200目、質量分數分別為45%硼鐵粉（硼鐵粉的 化學成分質量分數為：19. 04 % B, 0· 27 % C, 1. 33 % Si, 0· 20 % A1, 0· 008 % S, 0· 063 % P，余量Fe)、16 %鉻鐵粉（鉻鐵粉的化學成分質量分數為：62. 15% Cr，7.34 % C，2. 07 % Si，0. 028% S，0.035% P，余量Fe)、3%鑰鐵粉（鑰鐵粉的化學成分質量分數為：69.38% Mo,0.71% Si，0.056% S，0.041% P，0.034% Sb，0.26% Sn,余量 Fe)、4.6%純鎳粉、1.5% WC粉和29. 9 %純鐵粉混合均勻。
[0020] ②將上述混合均勻的粉料，利用IPG 6kW光纖激光器，采用同步送粉法，在316L不 銹鋼基體材料上進行激光熔覆，送粉速率18g/min，激光功率為3. 0KW，掃描速度為8mm/s， 熔覆層數為8層。最后可獲得平均硬度達到873. 8HV，表面無裂紋、夾雜和氣孔以及表面平 整的高硼耐磨蝕合金激光熔覆層。
[0021] 實施例2:
[0022] 采用激光熔覆方法制備高硼耐磨蝕合金，具體制備工藝步驟是：
[0023] ①先將粉末粒徑范圍為140-200目、質量分數分別為50%硼鐵粉（硼鐵粉的 化學成分質量分數為：20· 84 % B, 0· 25 % C, 0· 87 % Si, 0· 20 % A1, 0· 006 % S, 0· 071 % P，余量Fe)、14%鉻鐵粉（鉻鐵粉的化學成分質量分數為：61.42% Cr，7. 10% C，2. 37% Si，0. 038% S，0.045% P，余量Fe)、5%鑰鐵粉（鑰鐵粉的化學成分質量分數為：67.88% Mo, 0· 92% Si, 0· 063% S, 0· 036% P, 0· 037% Sb, 0· 15% Sn,余量Fe)、4%純鎳粉、2% WC粉 和25 %純鐵粉混合均勻。
[0024] ②將上述混合均勻的粉料，利用IPG 6kW光纖激光器，采用同步送粉法，在316L不 銹鋼基體材料上進行激光熔覆，送粉速率19g/min，激光功率為3. 5KW，掃描速度為9mm/s， 熔覆層數為9層。最后可獲得平均硬度達到892. 0HV，表面無裂紋、夾雜和氣孔以及表面平 整的高硼耐磨蝕合金激光熔覆層。
[0025] 實施例3 :
[0026] 采用激光熔覆方法制備高硼耐磨蝕合金，具體制備工藝步驟是：
[0027] ①先將粉末粒徑范圍為140-200目、質量分數分別為48%硼鐵粉（硼鐵粉的 化學成分質量分數為：20· 14 % B, 0· 38 % C, 1. 15 % Si, 0· 33 % A1, 0· 007 % S, 0· 052 % P，余量Fe)、15 %鉻鐵粉（鉻鐵粉的化學成分質量分數為：64. 17% Cr，6.99 % C，2. 34% Si，0. 041% S，0.046% P，余量Fe)、4%鑰鐵粉（鑰鐵粉的化學成分質量分數為：69.50% Mo, 1. 04% Si, 0· 075% S, 0· 048% P, 0· 067% Sb, 0· 38% Sn,余量 Fe)、4· 3%純鎳粉、2. 5% WC粉和26. 2 %純鐵粉混合均勻。
[0028] ②將上述混合均勻的粉料，利用IPG 6kW光纖激光器，采用同步送粉法，在316L不 銹鋼基體材料上進行激光熔覆，送粉速率20g/min，激光功率為4. 5KW，掃描速度為lOmm/s， 熔覆層數為10層。最后可獲得平均硬度達到883. 1HV，表面無裂紋、夾雜和氣孔以及表面平 整的高硼耐磨蝕合金激光熔覆層。
[0029] 本發明高硼耐磨蝕合金中Fe2B相數量達到55?55% (體積分數），具有優異的 抗高溫鋅液腐蝕磨損能力，在相同腐蝕磨損條件下，其耐鋅液腐蝕磨損能力比316L不銹鋼 提高6?8倍。本發明高硼耐磨蝕合金采用激光熔覆方法制備，克服了傳統鑄造方法制備 高硼合金硼化物尺寸粗大，鑄造和使用過程中極易開裂的不足，也克服了粉末冶金方法工 藝復雜，成本高的不足，在熱鍍鋅領域具有良好的推廣應用前景。
【權利要求】
1. 一種高硼耐磨蝕合金制備方法，其特征在于，采用激光熔覆方法制備，具體工藝步驟 是： ① 先將粉末粒徑范圍為140-200目、質量分數分別為45?50%硼鐵粉、14?16%鉻鐵 粉、3?5%鑰鐵粉、4?4. 6%純鎳粉、1. 5?2. 5% WC粉和25?30%純鐵粉混合均勻； ② 將上述混合均勻的粉料，利用光纖激光器，采用同步送粉法，在不銹鋼基體材料上進 行激光熔覆，送粉速率18_20g/min，激光功率為3. 0-4. 5KW，掃描速度為8-lOmm/s，熔覆層 數為8-10層；最后可獲得表面無裂紋、夾雜和氣孔以及表面平整的高硼耐磨蝕合金激光熔 覆層。
2. 按照權利要求1所述高硼耐磨蝕合金制備方法，其特征在于，硼鐵粉的化學成分質 量分數為：19· 0 ?21. 0% B，彡 0· 5% C，彡 2% Si,彡 0· 5% A1，彡 0· 01% S，彡 0· 1% P， 余量Fe。
3. 按照權利要求1所述高硼耐磨蝕合金制備方法，其特征在于，鉻鐵粉的化學成分質 量分數為：60 ?65% Cr, 6. 8 ?7. 5% C,彡 3. 0% Si,彡 0· 05% S,彡 0· 06% P,余量 Fe。
4. 按照權利要求1所述高硼耐磨蝕合金制備方法，其特征在于，鑰鐵粉的化學成 分質量分數為：66· 0 ?72. 0 % Mo,彡 1. 5 % Si,彡 0· 10 % S,彡 0· 05 % P,彡 0· 10 % Sb,彡 0· 50% Sn,余量 Fe。
5. 按照權利要求1-4的任一方法制備得到的高硼耐磨蝕合金。
【文檔編號】C22C1/04GK104195362SQ201410403769
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月15日 優先權日:2014年8月15日
【發明者】符寒光, 蔡凱, 蔣志強, 馬勝強, 符定梅, 邢建東, 文振華, 王振, 馮憲章, 馮錫蘭, 劉建偉, 魏永強, 劉元朋 申請人:北京工業大學