專利名稱：一種可適用于重熔的電弧噴涂粉芯絲材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可用于重熔處理的電弧噴涂粉芯絲材，屬于材料加工工程專業(yè)熱噴涂領(lǐng)域。電弧噴涂添加了自熔劑成分的粉芯絲材制備涂層經(jīng)過(guò)重熔處理后的重熔層與基體為冶金結(jié)合，主要用于工程機(jī)械易磨損、高沖擊零部件再制造修復(fù)與新品表面性能強(qiáng)化。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)家推動(dòng)重大工程的建設(shè)，工程機(jī)械、礦山機(jī)械、重載車(chē)輛產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，而工程機(jī)械、礦山機(jī) 械設(shè)備的使用工況較為惡劣，長(zhǎng)期在高速、重載、振動(dòng)、沖擊、摩擦和粉塵硬質(zhì)顆粒沖蝕等條件下工作；超負(fù)荷作業(yè)；潤(rùn)滑條件差等。因此造成這些行業(yè)使用設(shè)備的關(guān)鍵零部件存在易于磨損、腐蝕、使用壽命較短等不足，每年因報(bào)廢零部件造成的經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi)巨大。如果采用先進(jìn)表面技術(shù)對(duì)失效零部件進(jìn)行再制造修復(fù)，恢復(fù)其原始尺寸及性能，可以使失效零部件得到再利用、再循環(huán)。高速電弧噴涂技術(shù)是再制造工程的關(guān)鍵技術(shù)之一，其利用兩根連續(xù)送進(jìn)的金屬絲之間產(chǎn)生的電弧熔化金屬噴涂絲材，采用高壓氣流將其霧化成小熔滴并高速噴射至工件表面形成涂層的一種工藝。它可以制備出優(yōu)于本體材料性能的表面功能薄層，在恢復(fù)零件尺寸的同時(shí)，進(jìn)一步提升了零件的表面性能。該技術(shù)具有生產(chǎn)效率高、成本低、工藝實(shí)現(xiàn)靈活性高、適于現(xiàn)場(chǎng)野外作業(yè)、對(duì)工件基體熱傳輸小等優(yōu)勢(shì)。電弧噴涂技術(shù)的劣勢(shì)在于電弧噴涂層是大量熔融態(tài)的粒子扁平化沉積、相互疊加并形成涂層的工藝過(guò)程，涂層和基體形成的是機(jī)械嵌合而非冶金結(jié)合，使得涂層的結(jié)合強(qiáng)度較低，同時(shí)，噴涂材料在霧化空氣作用下不可避免地發(fā)生氧化使得涂層中含有較多的氧化物和孔隙。這些氧化物和孔隙在涂層服役過(guò)程中受到高沖擊力和較強(qiáng)交變載荷的作用下會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，成為微裂紋萌生源，最終導(dǎo)致涂層剝落失效。這些劣勢(shì)嚴(yán)重限制了電弧噴涂技術(shù)在工程機(jī)械等行業(yè)零部件再制造修復(fù)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用。鑒于熱噴涂涂層結(jié)合強(qiáng)度低、氧化物含量高等不足，人們提出了一種熱噴涂涂層重熔處理的新工藝。它是利用熱源將涂層中最易熔化的成分熔化，產(chǎn)生的液相有助于擴(kuò)散過(guò)程的強(qiáng)化和成分的滲透，熔化的結(jié)果使熱噴涂涂層與基體的結(jié)合區(qū)由原來(lái)堆疊的層狀組織變?yōu)榫鶆蛑旅艿慕M織、孔隙減少甚至消失。因此采用適當(dāng)?shù)闹厝厶幚?，可改善涂層與基體間的結(jié)合強(qiáng)度和涂層內(nèi)在質(zhì)量，從而提高涂層的耐磨、耐蝕性能。因此，很有必要計(jì)劃研發(fā)一種高性能的可以適用于重熔處理的電弧噴涂粉芯絲材，目前現(xiàn)有的電弧噴涂粉芯絲材局限于單純添加各種合金元素、硬質(zhì)陶瓷相、非晶形成元素等，提高涂層的耐磨性、硬度、非晶含量等性能、但現(xiàn)有粉芯絲材的元素配比未考慮到后續(xù)重熔處理，未添加自熔劑成分、抗開(kāi)裂元素和去氧元素，因此在重熔處理過(guò)程中易造成涂層開(kāi)裂、氧化物聚集等缺陷。因此設(shè)計(jì)一種添加自熔劑成分適用于重熔處理的粉芯絲材很有價(jià)值，本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想是添加合金元素在保證涂層具有較高的硬度和強(qiáng)度的同時(shí)，添加自熔劑成分、高溫放熱元素、去氧元素，使涂層在TIG重熔時(shí)具備脫氧、造渣的功能，氧化夾雜能浮于涂層表面，同時(shí)噴涂材料還有一定的自熔性效果，能在重熔階段放出熱量，促進(jìn)涂層與基體界面區(qū)的冶金結(jié)合。目前具有添加有自熔劑成分的適用于重熔的電弧噴涂粉芯絲材未有相關(guān)專利和文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了拓展電弧噴涂技術(shù)的應(yīng)用范圍，提高電弧噴層的結(jié)合強(qiáng)度和組織性能而設(shè)計(jì)研制的一種添加有自熔劑成分，適用于涂層后續(xù)重熔處理的電弧噴涂粉芯絲材。采用該電弧噴涂粉芯絲材制備的涂層經(jīng)重熔后涂層與基體為冶金結(jié)合，涂層組織致密、孔隙率及氧化物含量降低。本發(fā)明所提供的添加有自熔劑成分的可適用于重熔的電弧噴涂粉芯絲材的粉芯成分及其質(zhì)量百分含量如下=Ni粉:6 15% ；Cr粉:5 13% ；A1粉:4 8% ；BFe粉:5 7% ；NbFe粉:3 5% ;混合稀土鎳粉:1 3%，其中混合稀土鎳粉成分由質(zhì)量百分含量為60%的Ni和40%的混合Re組成，其中混合Re由質(zhì)量百分含量為25 28%的La ；48 52%的Ce ; 14 17%的Nb和4 6%的Pu組成；余量:Fe粉。本發(fā)明所述粉芯絲材的制備采用現(xiàn)有的粉芯絲材制備技術(shù)，包括以下步驟:首先采 用電弧噴涂方法將本發(fā)明的粉芯絲材制備成涂層，隨后利用鎢極氬弧熱源重熔噴涂層，各組分的作用如下:Fe粉:高溫熔滴中的Fe在噴涂形成涂層沉積過(guò)程中形成α -Fe,經(jīng)過(guò)鎢極氬弧熱源重熔后Fe原子與其他原子擴(kuò)散程度增大，形成Y-Fe與其他硬質(zhì)相的相間復(fù)合組織，有效的改善涂層的韌性與強(qiáng)度的協(xié)調(diào)匹配性。Al粉:高溫熔滴中的Al和Fe在噴涂形成涂層沉積過(guò)程中形成FeAl和Fe3Al金屬間化合物，且反應(yīng)放熱，提高涂層內(nèi)聚強(qiáng)度和結(jié)合強(qiáng)度，經(jīng)過(guò)鎢極氬弧熱源重熔涂層后部分Fe3Al轉(zhuǎn)變成FeAl，點(diǎn)陣畸變程度增大，涂層的硬度和耐磨性能進(jìn)一步提高。Cr粉:高溫熔滴中的Cr和Fe噴涂形成涂層沉積過(guò)程中形成(Fe，Cr)固溶體，經(jīng)鎢極氬弧重熔后Fe、Cr原子間固溶度增大，(Fe,Cr)固溶體量增多，涂層的硬度和耐沖蝕性能進(jìn)一步提聞。BFe粉:噴涂過(guò)程中B易于O結(jié)合，在熔滴外表形成B2O3膜，避免熔滴氧化，降低涂層的氧化程度，經(jīng)鎢極氬弧熱源重熔過(guò)程中B與涂層中的O形成B2O3浮于熔池表層，有效保護(hù)熔池氧化，進(jìn)一步降低噴涂層的氧化物含量；重熔過(guò)程中形成Cr2B3硬質(zhì)相，進(jìn)一步提高涂層耐磨性和耐沖蝕性能，另外B元素在重熔過(guò)程中具有自釬焊性能，改善熔融金屬的流動(dòng)性，提高涂層的內(nèi)聚強(qiáng)度。NbFe粉:重熔噴涂層過(guò)程中Nb與O易于結(jié)合形成Nb2O3浮于熔池表層，降低重熔層氧化物含量；同時(shí)重熔后Nb元素起到強(qiáng)化晶界、提高涂層內(nèi)聚強(qiáng)度、耐磨性，減小重熔層開(kāi)裂傾向的作用?；旌蟁e粉:噴涂過(guò)程中混合稀土元素起到凈化基體表面，提高熔滴潤(rùn)濕性和鋪展性，提高涂層結(jié)合強(qiáng)度。重熔涂層過(guò)程中混合稀土元素起到細(xì)化晶粒，強(qiáng)化晶界，起到提高重熔層耐磨性、耐沖蝕性和降低重熔層開(kāi)裂性能的作用。本發(fā)明的制備方法采用現(xiàn)有的粉芯絲材制備技術(shù)，包括以下步驟:1、將0.3X IOmm的08F低碳鋼帶軋成U型，再向U型槽中添加上述粉芯成分，填充率為32 35%。2、將U型槽合口，使粉芯成分包裹其中，通過(guò)拉絲模逐級(jí)拉拔、減徑，最終使直徑達(dá)到2.0mm。本發(fā)明的有益效果:合理設(shè)計(jì)粉芯絲材各組分的質(zhì)量百分比，與現(xiàn)有電弧噴涂粉芯絲材成分不同在于本發(fā)明粉芯絲材中添加了自熔劑成分及合金強(qiáng)化元素，在涂層重熔過(guò)程中起到去氧和防止開(kāi)裂的作用，且合金元素?cái)U(kuò)散形成新的硬質(zhì)耐磨相，提高重熔層的耐磨性及乃沖蝕性能，采用鎢極氬弧重熔對(duì)本發(fā)明制備的涂層后涂層與及基體達(dá)到冶金結(jié)合、涂層硬度達(dá)770HVa1、孔隙率降低為2.6%、氧化物含量降低為2.47%，耐沖蝕性能及耐磨性較好，本發(fā)明絲材可廣泛應(yīng)用于重載車(chē)輛、工程機(jī)械、礦山機(jī)械等受高載荷、強(qiáng)沖擊、磨損工況苛刻的零部件表面磨損修復(fù)及新品表面強(qiáng)化。推廣應(yīng)用將帶來(lái)重大的經(jīng)濟(jì)效益，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。


圖1電弧噴涂層表面宏觀照片圖2鎢極氬弧重熔噴涂層厚表面宏觀照片圖3電弧噴涂層X(jué)射線衍射相分析結(jié)果圖4鎢極氬弧重熔噴涂層X(jué)射線衍射相分析結(jié)果圖5電弧噴涂層截面微觀組織照片圖6鎢極氬弧重熔噴涂層截面微觀組織照片圖7鎢極氬弧重熔噴涂層截面微區(qū)放大組織照片圖8電弧噴涂層、鎢極氬弧重熔層、基體45鋼摩擦系數(shù)曲線圖
具體實(shí)施例方式一、本發(fā)明所述可適用于重熔的電弧噴涂粉芯絲材的組成:外皮為0.3X IOmm的08F低碳鋼帶；粉芯成分質(zhì)量百分比含量范圍如下:
組分質(zhì)S百分比(％)
Ni 粉6~15
Cr粉5 13
Al粉4 8
BFe 粉5~7NbFe粉3 5浞介RE粉 I 3Fe粉余M二、本發(fā)明可用于重熔的電弧噴涂粉芯絲材的制備方法:1、將0.3X I Omm的08F低碳鋼帶軋成U型，再向U型槽中添加上述粉芯成分，填充率為32 35%。2、將U型槽合口，使粉芯成分包裹其中，通過(guò)拉絲模逐級(jí)拉拔、減徑，最終使直徑達(dá)到2.0mm。下面根據(jù)具體實(shí)例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。實(shí)施例1:外皮選用0.3 X IOmm的08F低碳鋼帶，粉芯填充率為32 35%。通過(guò)拉絲模逐級(jí)拉拔、減徑，最終使直徑達(dá)到2.0mm。
權(quán)利要求
1.一種可用于重熔的電弧噴涂粉芯絲材，其特征在于，粉芯絲材各元素質(zhì)量百分含量范圍如下:Ni粉:6 15% ；Cr粉:5 13% ；A1粉:4 8% ；BFe粉:5 7% ；NbFe粉:3 5% ；混合稀土鎳粉:1 3%，余量:Fe粉；其中混合稀土鎳粉成分由質(zhì)量百分含量為60%的Ni和40%的混合Re組成，所述 混合Re由質(zhì)量百分含量為25 28%的La ；48 52%的Ce ; 14 17%的Nb和4 6%的Pu組成。
全文摘要
一種可適用于重熔的電弧噴涂粉芯絲材屬于熱噴涂領(lǐng)域。所屬粉芯成分質(zhì)量百分含量范圍如下Ni6～15%；Cr5～13%；Al4～8%；B5%；Nb3%；混合稀土鎳粉1～3%，其中混合稀土鎳粉成分由質(zhì)量百分含量為60%的Ni和40%的混合Re組成，其中混合Re由質(zhì)量百分含量為25～28%的La；48～52%的Ce；14～17%的Nb和4～6%的Pu組成；余量Fe。本發(fā)明電弧噴涂層平均微氏硬度(530HV0.1)，平均結(jié)合強(qiáng)度(38MPa)，平均孔隙率(14.2%)，氧化物含量(8.72%)。噴涂層經(jīng)重熔處理后重熔層的平均微氏硬度提高(770HV0.1)，與基體達(dá)到冶金結(jié)合。本絲材制備涂層經(jīng)重熔處理后的耐磨性、抗沖蝕性能及抗承載能力好，可用于工程機(jī)械、礦山機(jī)械、汽車(chē)工業(yè)中要求抗沖擊力強(qiáng)、交變載荷大及結(jié)合強(qiáng)度高的零部件表面強(qiáng)化處理。
文檔編號(hào)C23C4/06GK103173711SQ20131006983
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月4日
發(fā)明者魏世丞, 徐濱士, 田浩亮, 陳永雄, 梁秀兵, 童輝, 劉毅 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍裝甲兵工程學(xué)院