原位合成wc顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合涂層的藥芯焊絲及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了原位合成WC顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合涂層的藥芯焊絲及制備方法，以低碳鋼為外層包皮，內(nèi)部為多元合金粉末構(gòu)成粉芯，粉芯的各組成成分質(zhì)量份數(shù)為：藍(lán)鎢42.4-48份，泥狀石墨8.0-9.5份，高碳鉻鐵17.4-20.6份，鎳粉2.0-3.5份，硼鐵2.0-2.8份，硅鐵1.0-2.2份，還原鐵粉12.8-23.6份。本發(fā)明的有益效果是電弧反應(yīng)條件下反應(yīng)生成WC顆粒與基體的結(jié)合強(qiáng)度更高，顆粒分布更加均勻，涂層表面質(zhì)量高。
【專利說(shuō)明】原位合成WC顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合涂層的藥芯焊絲及制備方 法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬堆焊材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及原位合成WC顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合涂層的 藥芯焊絲及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳化鎢顆粒由于其優(yōu)異的力學(xué)性能，高硬度、延展性及楊氏模量，與鐵族元素有很 好的潤(rùn)濕性的特點(diǎn)，受到了人們的廣泛關(guān)注。工業(yè)上以WC為基體，F(xiàn)e、Co或Ni金屬作為粘 結(jié)相材料，采用粉末冶金制得的硬質(zhì)合金具有優(yōu)異的耐磨性能，得到了廣泛的應(yīng)用。但是， WC硬質(zhì)合金硬度大、韌性差、難以將硬質(zhì)合金整體用于耐磨構(gòu)件、生產(chǎn)工藝復(fù)雜，設(shè)備投入 大，導(dǎo)致材料制備成本過(guò)高的問(wèn)題制約了這類材料在耐磨材料零件上的應(yīng)用。
[0003] 而采用表面改性技術(shù)，制備的WC鋼鐵基復(fù)合材料，很好的解決了材料耐磨性能與 整體力學(xué)性能之間的矛盾。但是，目前的制備方法也存在著比較多的問(wèn)題。采用熱噴涂制 備WC鋼鐵基復(fù)合涂層時(shí)普遍存在涂層孔隙率較高、與基體結(jié)合強(qiáng)度較低、涂層表面質(zhì)量差 且難于控制等不足之處；激光熔覆也存在WC顆粒分布不均、裂紋和設(shè)備投入巨大的問(wèn)題。
[0004] 而且，由于WC顆粒是直接添加，表面易受污染，降低WC與基體結(jié)合強(qiáng)度；高溫?zé)嵩?的作用下也容易產(chǎn)生WC顆粒的溶解轉(zhuǎn)變，在WC顆粒周圍形成富碳的脆性組織，使得陶瓷顆 粒在外力的作用下容易脫離基體，降低材料的耐磨性能，加之WC原料價(jià)格上漲等因素，使 得材料的制備成本升高，所以，急需開發(fā)一種新產(chǎn)品或改進(jìn)現(xiàn)有工藝滿足生產(chǎn)規(guī)?；?、成本 低廉化、性能穩(wěn)定化的需求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的在于提供用于原位合成WC顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合涂層的藥芯焊絲，解 決了現(xiàn)有方法存在的與基體結(jié)合強(qiáng)度較低、涂層表面質(zhì)量差且難于控制的問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供原位合成WC顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合涂層的藥芯焊絲的制 備方法。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案是以低碳鋼為外層包皮，內(nèi)部為多元合金粉末構(gòu)成粉芯，粉芯 的各組成成分質(zhì)量份數(shù)為：藍(lán)鎢42. 4-48份，泥狀石墨8. 0-9. 5份，高碳鉻鐵17. 4-20. 6份， 鎳粉2. 0-3. 5份，硼鐵2. 0-2. 8份，硅鐵1. 0-2. 2份，還原鐵粉12. 8-23. 6份。
[0008] 進(jìn)一步，所述低碳鋼為H08A低碳鋼。
[0009] 進(jìn)一步，所述藥芯焊絲外徑為3. 2-4. 0mm。
[0010] 進(jìn)一步，所述粉芯填充率為49-52%。
[0011] 制作藥芯焊絲的方法，按照以下步驟進(jìn)行：
[0012] 步驟1 :按照質(zhì)量份數(shù)準(zhǔn)備粉末狀原料：藍(lán)鎢42. 4-48份，泥狀石墨8. 0-9. 5份， 高碳鉻鐵17. 4-20. 6份，鎳粉2. 0-3. 5份，硼鐵2. 0-2. 8份，硅鐵1. 0-2. 2份，還原鐵粉 12. 8-23. 6 份；
[0013] 步驟2 :將原料粉末放入混料機(jī)中充分的攪拌、混合，制成合金混合粉；
[0014] 步驟3 :將合金混合粉置于干燥箱中加熱到120-160°c，保溫2h ;
[0015] 步驟4 :合金混合粉隨爐冷卻至室溫后，用藥芯焊絲成型機(jī)將藥芯包裹在H08A低 碳鋼構(gòu)成的外層包皮內(nèi)制成不同直徑的藥芯焊絲。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是電弧反應(yīng)條件下反應(yīng)生成WC顆粒與基體的結(jié)合強(qiáng)度更高， 顆粒分布更加均勻，涂層表面質(zhì)量高。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0018] 步驟1 :按照質(zhì)量份數(shù)準(zhǔn)備粉末狀原料：藍(lán)鎢42. 4-48份，泥狀石墨8. 0-9. 5份， 高碳鉻鐵17. 4-20. 6份，鎳粉2. 0-3. 5份，硼鐵2. 0-2. 8份，硅鐵1. 0-2. 2份，還原鐵粉 12. 8-23. 6 份；
[0019] 步驟2 :將步驟1的原料粉末放入混料機(jī)中充分的攪拌、混合，制成合金混合粉；
[0020] 步驟3 :將合金混合粉置于干燥箱中加熱到120-160°c，保溫2h ;
[0021] 步驟4 :合金混合粉隨爐冷卻至室溫后，用藥芯焊絲成型機(jī)將藥芯包裹在H08A低 碳鋼構(gòu)成的外層包皮內(nèi)制成不同直徑的藥芯焊絲。
[0022] 本發(fā)明藥芯焊絲用于埋弧焊機(jī)施焊。藥芯焊絲粉芯填充率為49-52%。藥芯焊絲 采用拉絲成型工藝制成外徑3. 2-4. 0mm。
[0023] 本發(fā)明藥芯焊絲可以在電弧反應(yīng)條件下反應(yīng)生成WC顆粒增強(qiáng)鐵基熔覆層，而且 不存在WC的溶解和表面污染影響WC顆粒與基體的結(jié)合強(qiáng)度的問(wèn)題，有效的提高了熔覆層 的耐磨性能。本發(fā)明由于是焊絲制品，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，在電弧下就可 以獲得WC鐵基復(fù)合涂層，因此生產(chǎn)成本低，WC顆粒為反應(yīng)合成，與基體結(jié)合界面清潔，也避 免了 WC的溶解，熔覆層的性能得到了很好的提高。
[0024] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下明顯區(qū)別：
[0025] 1.與粉末冶金得到的硬質(zhì)合金相比，由于基體為鐵基合金，使得熔覆層具有高耐 磨性的同時(shí)也具備了良好的塑性。而且可以整體熔覆在耐磨構(gòu)件表面，達(dá)到延長(zhǎng)零件使用 壽命的效果。而且，應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，既可以用于零件的整體生產(chǎn)，又可以用于零件的修 復(fù)。
[0026] 2.與熱噴涂相比較，WC顆粒與基體的結(jié)合強(qiáng)度更高，顆粒分布更加均勻，材料的 孔隙率低，材料的利用率更高。
[0027] 3.與現(xiàn)有熔覆方法相比，由于WC顆粒為反應(yīng)生成，無(wú) WC沉底、溶解、表面不潔凈的 問(wèn)題，因此耐磨性能更加穩(wěn)定。
[0028] 下面列舉具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明：
[0029] 實(shí)施例1 :焊絲外層包皮為H08A鋼帶，鋼帶寬度為16mm，厚0? 35mm。焊絲粉芯配比 為藍(lán)色氧化鎢44份，泥狀石墨8. 5份，高碳鉻鐵19份，鎳粉2. 5份，硼鐵2. 5份，硅鐵1. 5份， 還原鐵粉13份，填充率為51%，焊絲外徑為03.8mm。采用埋弧堆焊，焊接電流為380A，焊 劑260,焊接試板為普通低碳鋼，尺寸為200X100X20mm，堆焊單道焊150mm，堆焊層無(wú)肉眼 看見(jiàn)裂紋。采用MLS-23型濕砂橡膠式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行耐磨性試驗(yàn)。在砝碼為2. 5kg，磨 料為40?60目的石英砂，砂漿比例為I. 5kg石英砂配Ikg水的條件下，試樣先預(yù)磨lOOOr， 然后再磨IOOOr后，磨損量為0. 0113g。用HR-150洛氏硬度計(jì)測(cè)試硬度，采用多位多點(diǎn)測(cè)試 方法，取5點(diǎn)的平均值作為測(cè)試結(jié)果。熔覆金屬的平均硬度為HRC64. 6。
[0030] 實(shí)施例2 :焊絲外層包皮為H08A鋼帶，鋼帶寬度為16mm，厚0? 35mm。焊絲粉芯配比 為藍(lán)色氧化鎢44份，泥狀石墨8. 5份，高碳鉻鐵19份，鎳粉3. 5份，硼鐵2. 8份，硅鐵2. 2份， 還原鐵粉13,填充率為52%，焊絲外徑為03.8mm。采用埋弧焊堆焊，焊接電流為380A，焊 劑260,焊接試板為普通低碳鋼，尺寸為200X100X20mm，堆焊單道焊150mm，堆焊層無(wú)肉眼 看見(jiàn)裂紋。采用MLS-23型濕砂橡膠式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行耐磨性試驗(yàn)。在砝碼為2. 5kg，磨 料為40?60目的石英砂，砂漿比例為I. 5kg石英砂配Ikg水的條件下，試樣先預(yù)磨lOOOr， 然后再磨l〇〇〇r后，磨損量為O.OlOlg。用HR-150洛氏硬度計(jì)測(cè)試硬度，采用多位多點(diǎn)測(cè)試 方法，取5點(diǎn)的平均值作為測(cè)試結(jié)果。熔覆金屬的平均硬度為HRC64. 6。
[0031] 實(shí)施例3 :焊絲外層包皮為H08A鋼帶，鋼帶寬度為16mm，厚0? 35mm。焊絲粉芯配比 為藍(lán)色氧化鎢42. 4份，泥狀石墨8. 0份，高碳鉻鐵17. 4份，鎳粉2. 0份，硼鐵2. 0份，硅鐵 1.0份，還原鐵粉12. 8份，填充率為50%，焊絲外徑為03.2mm。采用埋弧焊堆焊，焊接電流 為380A，焊劑260,焊接試板為普通低碳鋼，尺寸為200 X 100 X 20mm，堆焊單道焊150mm，堆 焊層無(wú)肉眼看見(jiàn)裂紋。采用MLS-23型濕砂橡膠式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行耐磨性試驗(yàn)。在砝 碼為2. 5kg，磨料為40?60目的石英砂，砂漿比例為I. 5kg石英砂配Ikg水的條件下，試樣 先預(yù)磨1000r，然后再磨IOOOr后，磨損量為0. 0103g。用HR-150洛氏硬度計(jì)測(cè)試硬度，采 用多位多點(diǎn)測(cè)試方法，取5點(diǎn)的平均值作為測(cè)試結(jié)果。熔覆金屬的平均硬度為HRC64. 6。
[0032] 實(shí)施例4 :焊絲外層包皮為H08A鋼帶，鋼帶寬度為16mm，厚0? 35mm。焊絲粉芯配 比為藍(lán)色氧化鎢48份，泥狀石墨9. 5份，高碳鉻鐵20. 6份，鎳粉3. 5份，硼鐵2. 8份，硅鐵 2. 2份，還原鐵粉23. 6份，填充率為49 %，焊絲外徑為04mm。采用埋弧焊堆焊，焊接電流 為380A，焊劑260,焊接試板為普通低碳鋼，尺寸為200 X 100 X 20mm，堆焊單道焊150mm，堆 焊層無(wú)肉眼看見(jiàn)裂紋。采用MLS-23型濕砂橡膠式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行耐磨性試驗(yàn)。在砝 碼為2. 5kg，磨料為40?60目的石英砂，砂漿比例為I. 5kg石英砂配Ikg水的條件下，試樣 先預(yù)磨1000r，然后再磨IOOOr后，磨損量為0. 0093g。用HR-150洛氏硬度計(jì)測(cè)試硬度，采 用多位多點(diǎn)測(cè)試方法，取5點(diǎn)的平均值作為測(cè)試結(jié)果。熔覆金屬的平均硬度為HRC64. 6。
[0033] 以上所述僅是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施方式而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限 制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施方式所做的任何簡(jiǎn)單修改，等同變化與修飾，均 屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于原位合成WC顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合涂層的藥芯焊絲，其特征在于：以低碳鋼 為外層包皮，內(nèi)部為多元合金粉末構(gòu)成粉芯，粉芯的各組成成分質(zhì)量份數(shù)為：藍(lán)鶴42. 4-48 份，泥狀石墨8.0-9. 5份，高碳鉻鐵17. 4-20. 6份，鎳粉2. 0-3. 5份，硼鐵2. 0-2.8份，硅鐵 L 0-2. 2份，還原鐵粉12. 8-23. 6份。
2. 按照權(quán)利要求1所述一種用于原位合成WC顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合涂層的藥芯焊絲，其特 征在于：所述低碳鋼為H08A低碳鋼。
3. 按照權(quán)利要求1所述一種用于原位合成WC顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合涂層的藥芯焊絲，其特 征在于：所述藥芯焊絲外徑為3. 2-4. 0mm。
4. 按照權(quán)利要求1所述一種用于原位合成WC顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合涂層的藥芯焊絲，其特 征在于：所述粉芯填充率為49-52%。
5. 制作權(quán)利要求1所述藥芯焊絲的方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行： 步驟1 :按照質(zhì)量份數(shù)準(zhǔn)備粉末狀原料：藍(lán)鎢42. 4-48份，泥狀石墨8.0-9. 5份，高碳鉻 鐵17. 4-20. 6份，鎳粉2. 0-3. 5份，硼鐵2. 0-2. 8份，硅鐵1. 0-2. 2份，還原鐵粉12. 8-23. 6 份； 步驟2 :將原料粉末放入混料機(jī)中充分的攪拌、混合，制成合金混合粉； 步驟3 :將合金混合粉置于干燥箱中加熱到120-160°C，保溫2h ; 步驟4 :合金混合粉隨爐冷卻至室溫后，用藥芯焊絲成型機(jī)將藥芯包裹在H08A低碳鋼 構(gòu)成的外層包皮內(nèi)制成不同直徑的藥芯焊絲。
【文檔編號(hào)】B23K35/30GK104308390SQ201410442659
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月2日
【發(fā)明者】肖逸鋒, 李雪豐, 何文遠(yuǎn), 曾凡檢, 楊燕, 龔建勛 申請(qǐng)人:湘潭大學(xué)