[发明专利]基于铁基自熔合金粉末的氩弧熔覆材料

说明书

技术领域：

本发明属于材料表面技术领域，提供一种用于非熔化极氩弧表面熔覆的材料，该材料基于铁基自熔合金粉末，添加合金元素及陶瓷相制备而成。

背景技术

随着现代工业的发展，生产过程中对机械产品的性能要求越来越高，产品在高参数(如高温、高压、高速等)和恶劣的工况条件下长期稳定运转，必然对其表面的强度、耐磨性、耐蚀性等提出更高的要求。各种机械设备、仪器仪表、冶金零部件中的金属零件，以及各种工模具，在使用过程中往往首先从表面发生破坏和失效，破坏的原因很大一部分是由于表面磨损而造成的。因此，只要对零部件表面进行强化就能满足性能的要求。

表面强化技术主要有热喷涂、表面熔覆等工艺方法，表面熔覆技术使基体表面获得耐磨性能的同时，覆层材料与基体间可形成牢固的冶金结合，因此在一些要求表面不仅具有抗磨性能，而且还需要承受强载荷作用的条件下，具有绝对优势。目前，表面熔覆技术广泛应用于冶金、航空、机械等行业旧件的修复和新产品的制造上。表面熔覆常用高密度热源有激光、等离子弧、聚焦光束等，其特点是能量密度较高，被强化表面质量好，但设备昂贵，操作复杂。非熔化极氩弧虽然能量密度较低，熔覆效率低，但其设备较为轻便、价廉、操作方便，易于在施工现场施焊，使得氩弧表面强化技术易于普及，因此在一些中小件上得以推广应用。

常用熔覆材料有铁基、镍基、钴基材料等，由于采用Fe基体时更能适于高温、高速、重载、高磨损等工况条件下的性能要求，且铁基材料价格便宜、来源广泛，能够通过热处理来调整其性能，所以铁基熔覆材料得到广泛的应用。

发明内容

本发明提供一种非熔化极氩弧熔覆用铁基合金材料，用于在小型钢质零部件上进行表面耐磨层制备，修复零部件尺寸或提高其表面耐磨性。熔覆层硬度可达HRC51～62，耐磨性好。

所述氩弧熔覆材料以铁基自熔合金粉末(如Fe45、Fe50等)为基础，加入钒铁、钼铁、WC、石墨、稀土合金等混合均匀，然后添加粘结剂预涂于工件表面，或者制作成片状、条棒状，烘干后待用。其特征在于熔覆材料的各组成原材料的质量百分比为：铁基自熔合金粉末(50～90)％，钒铁(5～15)％，钼铁(1～8)％，石墨(1～5)％，WC(0～40)％，稀土合金(1～3)％。

所述铁基自熔粉末、钒铁、钼铁、石墨、WC粉、稀土合金等原材料的粒度为40～200目，各原材料主要成分(质量百分比)为：

铁基自熔合金粉末可以采用市售Fe45、Fe50等粉末，其成分如下：

Fe45：C0.5-0.6，Si3.0-4.0，B3.0-4.0，Cr16-18，Ni12-14，Fe余量；

Fe50：C0.6-0.8，Si3.0-4.0，B3.0-4.0，Cr15-18，Ni12-15，Fe余量。

钒铁：V>75％，钼铁：Mo>55％，稀土合金：RE44％～47％。

粘结剂采用水玻璃或有机粘结剂。

氩弧熔覆材料制备工艺过程：

(1)按比例称取各粉末原材料并混合均匀；然后加入粘结剂搅拌均匀，制成湿粉。

(2)根据不同情况，可以以两种形式制备熔覆材料：①将湿粉涂于经过表面清理、去锈的工件待熔覆表面并压平，涂层厚度0.8～1.5mm；②根据待熔覆表面尺寸，利用专用模具将湿粉压制成厚0.8～1.5mm、宽6～10mm、长50～100mm的薄片。

(3)将湿粉预涂层或薄片经10小时以上室温晾干，然后120～200℃烘干2小时。

所述熔覆材料以铁基自熔合金粉末为主(占50％～90％)，铁基自熔合金粉末熔点低(Fe45熔点：1100～1200℃，Fe50熔点：1020～1130℃)，既使采用能量密度较低的氩弧作热源，也能够快速熔化，保证熔覆过程的顺利进行和良好的成形。铁基自熔合金中含有C、Si、B、Cr、Ni等合金元素，熔覆过程中可以形成碳化物、硼化物等陶瓷相，强化熔覆层，提高硬度，Fe45自身熔覆层硬度可达HRC42～48，Fe50自身熔覆层硬度可达HRC48～52。所述熔覆材料添加钒铁、钼铁、石墨的目的是为了在熔覆过程中发生原位冶金反应，生成钒、钼的碳化物，同时也能够与铁基自熔合金粉末中的B、Cr形成少量硼化物及Cr的碳化物进一步强化熔覆层；加入稀土合金是因为稀土氧化物可以细化晶粒，促进状碳化物、硼化物的均匀分布；加入WC是为了直接将WC陶瓷相混入铁基熔体，强化熔覆层。

利用所述熔覆材料进行非熔化极氩弧熔覆，熔覆工艺：