[发明专利]增强铜基药芯焊丝及低碳钢表面强化的方法

说明书

本发明公开的增强铜基药芯焊丝，包括药芯和焊丝外皮，其中药芯按质量百分比由以下组元组成:Al₂O₃粉：12～15％；TiO₂粉：8～10％；Ni粉：20％～25％；Si粉：1％～1.5％；Mn粉：1～2％；Cu粉：余量；Fe粉：2～4％；以上组分质量百分比之和为100％。使用该焊丝能够提高铜合金熔覆层的耐磨性，提高铜/钢复合结构件的使用寿命。本发明还公开了一种使用该药芯焊丝基于电弧熔覆技术进行低碳钢表面强化的方法。

技术领域

本发明属于金属材料表面改性技术领域，具体涉及一种增强铜基药芯焊丝，还涉及一种使用该药芯焊丝基于电弧熔覆技术进行低碳钢表面强化的方法。

背景技术

随着现代工业技术的快速发展，单一成分的材料已经不能满足复杂、严苛工况的使用要求，因此工程上常用复合材料来满足使用要求。低碳钢作为工业上使用率极高的材料，具有较好的力学性能和优良的焊接性，在许多领域起着至关重要的作用，但低碳钢的耐磨性、耐腐蚀性和导热性较差，从而限制了其在摩擦副、腐蚀环境和高温环境等领域的应用。因此，研究人员提出了在钢表面熔覆一层铜合金来改善这一缺点。

然而，随着应用领域的不断推广，发现铜/钢复合材料在服役过程中常会因磨损而导致构件的尺寸精度降低，甚至对整个设备的安全运行产生影响。因此，本发明将以提高铜合金熔覆层的硬度和耐磨性为目标，引入Al2O3-TiO2颗粒作为铜合金的强化相，从而提高铜合金熔覆层的耐磨性，提高铜/钢复合结构件的使用寿命。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种增强铜基药芯焊丝，使用该焊丝能够提高铜合金熔覆层的耐磨性，提高铜/钢复合结构件的使用寿命。

本发明的第二个目的是提供一种基于电弧熔覆技术进行低碳钢表面强化的方法，用于改善铜合金熔覆层耐磨性及硬度较低的缺点，从而大大提高铜/钢复合结构件的使用寿命。

本发明所采用的第一个技术方案是，增强铜基药芯焊丝，包括药芯和焊丝外皮，其中药芯按质量百分比由以下组元组成:Al₂O₃粉：12～15％；TiO₂粉：8～10％；Ni粉：20％～25％；Si粉：1％～1.5％；Mn粉：1～2％；Cu粉：余量；Fe粉：2～4％；以上组分质量百分比之和为100％。

本发明的特征还在于，

药芯焊丝外皮为T2纯铜带；填充率为24wt％～28wt％；焊丝的直径为1.2mm～1.6mm。

本发明所采用的第二个技术方案是，基于电弧熔覆技术进行低碳钢表面强化的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：药芯焊丝的制备：按质量百分比分别称取以下粉末：Al₂O₃粉：12～15％；TiO₂粉：8～10％；Ni粉：20％～25％；Si粉：1％～1.5％；Mn粉：1～2％；Cu粉：余量；Fe粉：2～4％；以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2：将上述称取好的粉末作为药芯，以纯铜带作为焊丝外皮通过拉丝机制成所需的焊丝，制备好的焊丝存放在恒温箱中；

步骤3：采用机械清理的方法处理低碳钢表面，去除表面杂质，然后进行预热处理；

步骤4：设计熔覆工艺，利用步骤2制备的药芯焊丝进行低碳钢表面的熔覆层制备；

步骤5：待步骤4中的试样冷却至室温，用角磨机打磨表面的杂质。

本发明的特征还在于，

步骤2中，制备得到的焊丝填充率为24wt％～28wt％；焊丝的直径为1.2mm～1.6mm。

步骤3中，低碳钢的预热温度为200℃～300℃。