专利名称：激光熔覆制作凸字标志牌用合金粉末的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光熔覆材料，具体地指一种激光熔覆制作凸字标志牌用合金粉 末，用于铁路车辆上标志牌的制作。
背景技术：
目前，铁路车辆标志牌大多采用不锈钢板材制作，其工序是先刻字，再将标志 牌点焊到车体中梁上。刻字制作损坏了不锈钢板材的表面，且字体凹陷不美观。同时， 点焊的标志牌在车辆运营过程中易腐蚀脱落，不具有永久性。随着制作标志牌技术的进步，市场上已出现了通过激光在产品表面熔覆合金粉 末、从而获得具有永久性凸字型的标志牌。这种合金粉末常用的有Fe基、Co基以及Ni 基等金属型粉末。Fe基粉末是以Fe元素为主，同时添加少量的Cr、Ni、B、Si等合金 元素，其耐腐蚀性能较差，不能满足铁路车辆长期在大气侵蚀环境下运营的要求。Co基 粉末和Ni基粉末分别以合金元素Co和Ni为主，其虽然具有较好的耐腐蚀性，但成本昂 贵，而且这两种类型的金属粉末具有较高的硬度，热膨胀系数较大，润湿性较差，激光 熔覆后残余应力较大，易出现裂纹，也不能适应铁路车辆疲劳动载运营的要求。因此， 铁路科研人员一直在试图研制一种适合铁路车辆材质和运营环境的标志牌用激光熔覆合 金粉末，但至今为止尚未取得较好的效果。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种激光熔覆制作凸字标志牌用合金粉末。利用该合 金粉末制作的标志牌具有良好的耐大气腐蚀性能和激光熔覆工艺性能，可确保覆层与基 材之间连接牢固，无裂纹缺陷，适应铁路车辆运营中经受长期大气侵蚀和复杂疲劳动载 的要求。为实现上述目的，本发明所设计的激光熔覆制作凸字标志牌用合金粉末，其化 学成分按重量百分数计为Ni 18 30%、Cr 11 28%、Si: 0.8 2.2%、B 0.4 1.0%、Mn<0.1%> Cu<0.50%, P<0.05%,余量为Fe及不可避免的杂质。作为优选方案，上述激光熔覆制作凸字标志牌用合金粉末的化学成分按重量 百分数计为Ni 20 22%、Cr: 14 15.5%、Si: 1 1.5%、B: 0.5 0.6%、 Mn<0.1%> Cu<0.50%, P<0.05%,余量为Fe及不可避免的杂质。本发明的激光熔覆制作凸字标志牌用合金粉末的各化学成分设计机理如下Ni元素Ni为很好的合金元素，可使熔覆组织中具有奥氏体组织，从而获得良 好的强度和塑性的配合。同时随着Ni含量的增加也会降低熔覆层的热膨胀系数，从而降 低熔覆层的残余拉应力，减少裂纹率和缺陷产生。考虑到Ni元素价格昂贵，因此Ni含量 不宜太高。通过实验分析本发明确定Ni的含量为18 30%，优选含量为20 22%。
Cr元素Cr是具有较强固溶强化的元素，能提高合金粉末熔覆层的强度。当Cr 含量达到11%时，合金粉末就具有较好的抗腐蚀性能；当&含量超过13%时，抗腐蚀性能更优良。同时Cr还能生成硼化铬等硬质化合物，提高合金粉末的硬度和耐磨性。但 如果其含量过高，会造成合金粉末的韧性降低。本发明选择Cr含量为11 28%，优选 14 15.5%。Si元素Si在自熔性合金粉末中主要起自造渣、自保护作用。Si可优先与合金 粉末中的氧和基材表面氧化物熔融生成低熔点的硼硅酸盐，硼硅酸盐覆盖在熔池表面防 止液态金属过渡氧化，从而改善熔体对基体金属的润湿能力，减少熔覆层中的夹杂和含 氧量，提高熔覆层的成型工艺性能。同时Si能增加强度，但会造成塑韧性下降，其含量 高时可增加热裂倾向。通过实验分析本发明的Si含量选择为0.8 2.2%，优选含量为 1 1.5%。B元素B与Si性能相近，主要起自造渣、自保护作用。但同时B元素对粉末 熔点、成球性、涂层硬度、耐磨性等均有明显影响。考虑到B含量的增加会使得合金粉 末的硬度提高，如生成Fe2B硬质相，增大合金粉末的冷裂倾向，因此本发明选择B的含 量控制为0.4 1.0%，优选含量为0.5 0.6%。Mn元素Mn可配合Si元素起脱氧及脱硫作用，如Mn与S能形成MnS，减轻 S产生热裂的有害作用。Mn能固溶于铁素体和奥氏体中，扩大奥氏体区，改变相变速 度，增加残余奥氏体含量，能细化晶粒，提高合金粉末的韧性。但过多的Mn会造成热 敏感和冷裂纹敏感系数增大。同时，成分设计时要考虑Mn和Si含量的配比性，本发明 选择Mn的含量《0.1%。Cu元素和P元素一般情况下，P属于有害元素，但适量添加能提高合金粉末 的大气耐腐蚀性能。本发明结合其它各元素的性能和含量在合金粉末成分设计中特意添 加了 P元素和Cu元素，而且将含量范围控制为Cu《0.50%、P<0.05%,这样可确保合金 粉末的抗大气腐蚀性能和与铁路车辆用钢的匹配性。本发明的优点在于所设计的激光熔覆制作凸字标志牌用合金粉末的硬度与铁 路车辆的车身基材相近，能确保熔覆层和基材冶金连接部位不出现开裂。该合金粉末的 抗大气腐蚀性能优于现有的铁路车辆车身基材，能很好地满足车辆在大气环境中运营的 防腐性能要求。同时，该合金粉末还具有良好的润湿性和自熔性，使得熔覆的字迹美观 平整。另外，该合金粉末中贵重金属元素所占比例少，在满足性能要求的条件下成本低 廉。
具体实施例方式以下结合几个具体实施例对本发明的激光熔覆制作凸字标志牌用合金粉末作进 一步的详细说明。实施例选择了十组合金粉末，其化学成分的重量百分比如表1所示(余量为Fe 及不可避免的杂质)。表1
权利要求
1.一种激光熔覆制作凸字标志牌用合金粉末，其化学成分按重量百分数计为Ni: 18 30%、Cr: 11 28%、Si: 0.8 2.2%、B 0.4 1.0%、Mn<0.1%> Cu<0.50%, P<0.05%,余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的激光熔覆制作凸字标志牌用合金粉末，其特征在于该 合金粉末的化学成分按重量百分数计为Ni : 20 22%、Cr 14 15.5%、Si 1 1.5%, B 0.5 0.6%、Mn<0.1%> Cu<0.50%, P<0.05%,余量为 Fe 及不可避免的杂 质。
全文摘要
本发明公开了一种激光熔覆制作凸字标志牌用合金粉末，用于机车车辆上的标牌制作。其化学成分按重量百分数计为Ni18～30％、Cr11～28％、Si0.8～2.2％、B0.4～1.0％、Mn≤0.1％、Cu≤0.50％、P≤0.05％，余量为Fe及不可避免的杂质。实验证明，该合金粉末的熔覆层和基材冶金连接部位不出现开裂，它的抗大气腐蚀性能好于现有的机车车身基材，能很好满足机车车辆在大气环境中运营的防腐性能要求，合金粉末还具有良好的润湿性和自熔性，使得熔覆的字迹美观平整，而且该合金粉末配方的设计成本低廉。
文档编号B23K26/34GK102011065SQ20101058737
公开日2011年4月13日 申请日期2010年12月14日 优先权日2010年12月14日
发明者刘顺洪, 张厚胜, 柳家良, 武永亮, 段元威 申请人:南车长江车辆有限公司