[发明专利]一种氩弧堆焊FeCrC铁基粉末合金配方及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及材料表面技术领域，具体涉及到一种氩弧堆焊铁基合金粉末合金配方及其制备工艺及其氩弧堆焊技术。

背景技术

随着能源、化工、交通等行业的迅速发展以及现代工程技术的发展，对材料的性能要求也相应提高，尤其是石化、电力、水力、冶金等行业中的设备多处于高温、高压、大载荷、强腐蚀等复杂苛刻的工作环境，材料的磨损、疲劳、腐蚀等失效现象更为严重。据不完全统计，能源的1/3～1/2消耗于磨损，世界每年生产的钢铁中，有近30%因腐蚀而报废，材料的磨损、腐蚀及其它失效形式大都从材料表面开始，因此采用表面防护措施，提高材料表面的耐磨、耐蚀及抗氧化性能至关重要。故对材料的表面处理技术提出了更高的要求，成为科研工作者研究探索的热门问题，从而也促进了表面工程技术的迅速发展。

目前，国内外普遍采用热喷涂、电镀、激光强化技术、堆焊等表面处理技术提高机械零部件的使用性能和寿命，但热喷涂技术只能制备机械结合而不能达到冶金结合的涂层；电镀工艺修复自动化程度不高，劳动强度大，电镀层一般很薄，对形状损坏部位难于修复。激光强化技术已广泛应用于表面熔覆层的制备，但所需设备及维修费用高，一次性投资大，能源利用率低，工作场所固定，不适于现场操作。而堆焊技术可使堆焊层与母材达到冶金结合，并可以根据材料的使用性能选择或设计堆焊合金，在工艺上具有很大的灵活性，能有效提高材料表面耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗氧化等性能，目前已广泛应用于机械设备的强化和修复。

其中氩弧堆焊技术具有操作方便、投资和运行费用低、能量利用率高、结合牢固等优点。在小型零部件的制造和修复方面具有很好的应用前景及良好的经济效益和环境效益。在堆焊过程中选定合适的堆焊合金对材料的使用性能具有决定性作用，常见的堆焊合金有铁基、钴基、铜基合金、镍基及碳化物等几种类型。铁基合金因价格低廉，经济性好，并且经过成分、组织的调整，可以在很大范围内改变堆焊层的强度、韧性、耐磨性、耐蚀性、耐热性和抗冲击性等。故成为应用最广泛的一种堆焊合金。因此推广氩弧堆焊技术及铁基合金熔覆材料的应用具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种用于氩弧堆焊的低成本、高性能的铁基粉末合金及其制备方法，广泛用于小型零部件的尺寸修复及提高其表面耐磨、耐蚀等性能。

本发明主要通过正交试验法配制铬铁、铁粉、石墨粉末合金成分，确定各合金体系合金含量，其特征在于粉末的各组成原材料的质量百分比为铬铁（30.75～61.5）%，石墨（1～5）%，还原性铁粉（33.5～64.25）%。所述铬铁、石墨、还原性铁粉原材料粉末的颗粒度为60～200目。各原材料主要成分（质量百分比）为：铬铁：Cr＞60%，C≤0.03%，石墨：C：99.9%，还原性铁粉：Fe：96%。

本发明加入的铁基合金与基体母材达到冶金结合，其中的Cr元素与石墨通过原位合成反应生成硬质相Cr₇C₃、Cr₃C₂等碳化物新相，且碳化合物新相容易弥散分布于熔覆层，Cr元素也可以固溶于熔覆层基体，形成固溶强化。同时在Fe中加入一定量的Cr后，可以形成保护性很好的尖晶石型复合氧化物(FeO·Cr₂O₃)，Cr的含量进一步提高可生成Cr₂O₃相，具有更好的保护性。从而提高熔覆层的硬度、耐磨性、耐蚀性、抗氧化等性能。堆焊层硬度高达HRC55以上，使设备适用于高工作参数的条件，降低能耗减少经济损失。

氩弧堆焊铁基合金配方及平均洛氏硬度如表1所示。

表1FeCrC铁基合金系粉末的配比（质量分数，wt%）及其熔敷层表面平均HRC

铁基粉末配置过程为：

（1）按照一定配比称铬铁、还原性铁粉、石墨铁基合金粉末，充分混合均匀。

（2）将混合均匀的合金粉末加入粘结剂，搅拌均匀后，放入模具中压制成型，制成厚度为1.2～1.5mm、宽度为0.8～1.2mm、长为50mm左右的合金薄片；粘结剂可采用水玻璃。

（3）将合金薄片自然晾干5～10小时后，放在烘干箱内在200℃烘干1.5h，随炉冷却；

在制备合金薄片过程中合金薄片厚度不宜太薄，太薄堆焊时氩气流量过小保护差，且融化速度过快，太厚堆焊时导致熔化速度过慢，容易形成未熔透颗粒。水玻璃的量要适中，太少则粉末无法团聚，太多薄片在堆焊过程中容易形成气孔，影响焊接质量。