一种功能型Fe基堆焊粉末的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于堆焊技术领域，具体涉及一种用于等离子堆焊的功能型Fe基合金粉末。
【背景技术】
[0002]等离子粉末堆焊是一种材料表面强化技术，以等离子弧为热源，合金粉末为填充金属，堆焊时将工件表面与堆焊材料同时熔化，形成耐磨层，从而达到强化材料表面之目的。等离子堆焊最重要的特点是堆焊粉末的组分易于调控，而耐磨层的力学性能主要由堆焊粉末的组分决定，所以合理地调控堆焊粉末的组分是获得多用途耐磨层的关键。
[0003]现有的常用堆焊粉末主要有Fe基合金粉末和Ni基WC (碳化钨)合金粉末。Fe基合金粉末的主要成分为Fe元素，加入C、Cr、B、Si等合金元素。Ni基WC合金粉末的主要成分为Ni元素，加入增强颗粒WC。
[0004]利用Fe基合金粉末制备的耐磨层具有抗冲击能力强的特点，但是耐磨层的硬度较低，耐磨性能较差，主要应用于强烈冲击工况条件。利用Ni基WC合金粉末制备的耐磨层具有硬度高、耐磨性强的特点，但抗冲击韧性较差，而且成本高，主要应用于高度磨损工况条件。
【发明内容】
[0005]本发明的发明人令人^(讶地发现，将立方氮化硼(c-BN)加入到Fe基合金粉末中，再利用稀土元素细化堆焊层组织的晶粒、抑制堆焊层中c-BN颗粒的溶解及碳化物相的团聚、调控c-BN在堆焊层中的分布，由此获得的堆焊粉末具有更优异的功能，利用此粉末制备的耐磨层可同时具有较高的抗冲击韧性及耐磨性，并且成本较低，可适用于同时具有强烈冲击及高度耐磨的恶劣工况。
[0006]基于上述发现，本发明的第一方面提供一种功能型Fe基堆焊粉末，主要成分为Fe基合金粉末，其中还含有立方氮化硼粉末和稀土氧化物，立方氮化硼的含量为Fe基合金粉末质量的1?20% (例如1%、5%、10%、15%或20%)，稀土氧化物的含量为？6基合金粉末质量的0.5%。
[0007]在一个优选的实施方案中，本发明的第一方面所述的功能型Fe基堆焊粉末中立方氮化硼的含量为Fe基合金粉末质量的1?18%，更优选的立方氮化硼的含量为Fe基合金粉末质量的1?15%。
[0008]本发明的第二方面提供一种增强Fe基合金耐磨层硬度的方法，该方法是将立方氮化硼粉末、稀土元素加入到Fe基合金粉末中作为堆焊粉末，利用等离子堆焊的方法，在基材表面制备Fe基合金耐磨层，其中立方氮化硼的添加量为Fe基合金粉末质量的1?20% (例如1%、5%、10%、15%或20% )，稀土氧化物的含量为Fe基合金粉末质量的
0.
[0009]本发明的第三方面提供一种Fe基合金耐磨层，该耐磨层由本发明第一方面所述的Fe基功能型堆焊粉末制备而成。优选的制备方法为等离子堆焊。本发明中，所述的Fe基合金耐磨层的硬度大于或等于40HRC (例如52HRC、61HRC、65HRC、68HRC)，优选大于或等于50HRC，更优选大于或等于60HRC。
[0010]本发明的第四方面提供一种制备Fe基合金耐磨层的方法，该方法是将是将本发明第一方面所述的功能型Fe基堆焊粉末混合均匀后作为原料，利用等离子堆焊的方法，在基材表面制备Fe基合金耐磨层。
[0011]在一个优选的实施方案中，本发明中所述的稀土氧化物为Ce02。
[0012]在另一个优选的实施方案中，本发明中所述的Fe基合金粉末的成分为:C0.2?
1.2% (例如 0.5%、0.8%或 1% )，S1.5 ?1.2% (例如 0.6%、0.8%或 1 % )，ΜηΟ.05 ?0.2% (例如 0.08%,0.1%,0.15%或 0.18% )，Β1 ?2.5% (例如 1.2%、1.5%、1.8%或2%)，Cr8 ?12% (例如 9%、10% 或 11% )，N1.5 ?1.2% (例如 0.6%、0.8%或 1 % )，余量Fe。
[0013]在一个具体的实施方案中，本发明所述的Fe基合金粉末的成分为:C0.5%、Sil%,Mn0.l%,B2%,CrlO%,Nil%,Fe85.4%。
[0014]在另一个优选的实施例方案中，本发明所述的等离子堆焊的电流为100?140A(例如 110A、120A 或 130A)，保护气流量为 800 ?1200L/h(例如 900L/h、1000L/h 或1200L/h)。在一个具体的实施方案中，本发明所述的的等离子堆焊的电流为120A，保护气流量为 1000L/h。
[0015]发明的有益效果
[0016]本发明将立方氮化硼(c-BN)加入到Fe基合金粉末中，再利用稀土元素细化堆焊层组织的晶粒、抑制堆焊层中c-BN颗粒的溶解及碳化物相的团聚、调控c-BN在堆焊层中的分布，并且优化c-BN颗粒及稀土元素在粉末中的含量，获得了具有功能化的堆焊粉末，利用此粉末制备的耐磨层的硬度大于或等于40HRC，最大硬度可达68HRC，可同时具有较高的抗冲击韧性及耐磨性，并且成本较低，可适用于同时具有强烈冲击及高度耐磨的复杂恶劣工况。
[0017]与现有的Fe基合金堆焊粉末及Ni基WC合金堆焊粉末相比，本发明的功能型Fe基合金堆焊粉末具有较高抗冲击韧性的同时也具有较高的耐磨性，可更广泛地应用于工程机械的易损零部件。
【具体实施方式】
[0018]下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用原料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
[0019]以下实施例中的硬度测试标准为:GB/T230.1_2009金属洛氏硬度测试方法。耐磨性测试条件为:磨粒为20目的石英砂，冲击功为3J，实验时间为30min。耐磨层的制备工艺为:利用等离子粉末堆焊设备，将粉末堆焊在300mmX 300mmX 30mm的Q345钢板上，堆焊电流为120A，保护气流量为1000L/h。
[0020]实施例1:
[0021]Fe基合金粉末粒度:100?300目；主要成分为:C一(λ 5%，Si—1 %，Mn — (λ 1 %，B—2%, Cr—10%, Ni—1%, Fe — 85.4%。利用上述Fe基合金粉末制备的耐磨层硬度约为30HRC。在上述Fe基合金粉末中添加100?300目的c_BN和Ce02，含量分别为1 %和0.5%，由此粉末制备的耐磨层的硬度约为40HRC。耐磨性测试结果:Fe基合金粉末制备耐磨层的质量损失约为0.61g ;加入c-BN和Ce02后耐磨层的质量损失约为0.52g,并且表面无裂纹、无脱层现象。
[0022]实施例2:
[0023]Fe基合金粉末粒度:100?300目；主要成分为:C一0.5%，Si—1 %，Mn — 0.1 %，B—2%, Cr—10%, Ni—1%, Fe — 85.4%。利用上述Fe基合金粉末制备的耐磨层硬度约为30HRC。在上述Fe基合金粉末中添加100?300目的c_BN和Ce02，含量分别为:5%和0.5%，由此粉末制备的耐磨层的硬度约为52HRC。耐磨性测试结果:Fe基合金粉末制备耐磨层的质量损失约为0.61g ;加入c-BN和Ce02后耐磨层的质量损失约为0.44g,并且表面无裂纹、无脱层现象。
[0024]实施例3:
[0025]Fe基合金粉末粒度:100?300目；主要成分为:C一0.5%，Si—1 %，Mn — 0.1 %，B—2%, Cr—10%, Ni—1%, Fe — 85.4%。利用上述Fe基合金粉末制备的耐磨层硬度约为30HRC。在上述Fe基合金粉末中添加100?300目的c_BN和Ce02，含量分别为:10%和0.5%，由此粉末制备的耐磨层的硬度约为61HRC。耐磨性测试结果:Fe基合金粉末制备耐磨层的质量损失约为0.61g ;加入c-BN和Ce02后耐磨层的质量损失约为0.36g,并且表面无裂纹、无脱层现象。
[0026]实施例4:
[0027]Fe基合金粉末粒度:100?300目；主要成分为:C一(λ 5%，Si—1 %，Mn — (λ 1 %，B—2%, Cr—10%, Ni—1%, Fe — 85.4%。利用上述Fe基合金粉末制备的耐磨层硬度约为30HRC。在上述Fe基合金粉末中添加100?300目的c_BN和Ce02，含量分别为:15%和0.5%，由此粉末制备的耐磨层的硬度约为65HRC。耐磨性测试结果:Fe基合金粉末制备耐磨层的质量损失约为0.61g ;加入c-BN和Ce02后耐磨层的质量损失约为0.25g,并且表面无裂纹、无脱层现象。
[0028]实施例5:
[0029]Fe基合金粉末粒度:100?300目；主要成分为:C一0.5%，Si—1 %，Mn — 0.1 %，B—2%, Cr—10%, Ni—1%, Fe — 85.4%。利用上述Fe基合金粉末制备的耐磨层硬度约为30HRC。在上述Fe基合金粉末中添加100?300目的c_BN和Ce02，添加量分别为:20%和0.5%，由此粉末制备的耐磨层的硬度约为68HRC。耐磨性测试结果:Fe基合金粉末制备耐磨层的质量损失约为0.61g ;加入c-BN和Ce02后耐磨层的质量损失约为0.45g，表面有细小裂纹、有少量脱层现象。
【主权项】
1.一种功能型Fe基堆焊粉末,主要成分为Fe基合金粉末,其中还含有立方氮化硼粉末和稀土氧化物，立方氮化硼的含量为Fe基合金粉末质量的1?20%，稀土氧化物的含量为Fe基合金粉末质量的0.5%。2.权利要求1的功能型Fe基堆焊粉末，其中所述的稀土氧化物为Ce02。3.权利要求1或2的功能型Fe基堆焊粉末，其中所述的Fe基合金粉末的成分为:C0.2 ?1.2%,S1.5 ?1.2%,Mn0.05 ?0.2%,B1 ?2.5%,Cr8 ?12%，N1.5 ?1.2%,余量Fe。4.权利要求3的功能型Fe基堆焊粉末，其中所述的Fe基合金粉末的成分为:C0.5%,Sil%,Mn0.l%,B2%,CrlO%,Nil%,Fe85.4%。5.一种增强Fe基合金耐磨层硬度的方法，该方法是将立方氮化硼粉末、稀土元素加入到Fe基合金粉末中作为堆焊粉末，利用等离子堆焊的方法，在基材表面制备Fe基合金耐磨层，其中立方氮化硼的添加量为Fe基合金粉末质量的1?20%，稀土氧化物的添加量为Fe基合金粉末质量的0.5%。6.权利要求5的方法，其中所述的稀土氧化物为Ce02。7.权利要求5或6的方法，其中所述的Fe基合金粉末的成分为:C0.2?1.2%，S1.5 ?1.2%, Mn0.05 ?0.2%, B1 ?2.5%, Cr8 ?12%，N1.5 ?1.2%，余量 Fe ； 优选地，所述的Fe基合金粉末的成分为:C0.5%、Sil%, Mn0.1%, B2%, Crl0%,Nil%,Fe85.4%。8.—种Fe基合金耐磨层,该耐磨层由权利要求1至4任一项所述的Fe基功能型堆焊粉末制备而成； 优选的制备方法为等离子堆焊； 优选地，所述的Fe基合金耐磨层的硬度大于或等于40HRC。9.一种制备Fe基合金耐磨层的方法，该方法是将是将权利要求1至4任一项所述的功能型Fe基堆焊粉末混合均匀后作为原料，利用等离子堆焊的方法，在基材表面制备Fe基合金耐磨层。10.权利要求5?7、9任一项的方法或权利要求8的Fe基合金耐磨层，其中所述的等离子堆焊的电流为100?140A，保护气流量为800?1200L/h。
【专利摘要】本发明提供一种功能型Fe基堆焊粉末，主要成分为Fe基合金粉末，其中还含有立方氮化硼粉末和稀土氧化物，立方氮化硼的含量为Fe基合金粉末质量的1～20％，稀土氧化物的含量为Fe基合金粉末质量的0.5％。与现有的Fe基合金堆焊粉末及Ni基WC合金堆焊粉末相比，本发明的功能型Fe基合金堆焊粉末具有较高抗冲击韧性的同时也具有较高的耐磨性，可更广泛地应用于工程机械的易损零部件。
【IPC分类】B23K35/30, B23K10/02, B23K35/362
【公开号】CN105252168
【申请号】CN201410340092
【发明人】陈波, 李毅, 范汇吉
【申请人】徐工集团工程机械股份有限公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2014年7月16日