[发明专利]等离子熔覆用铁基合金粉末及制备方法和等离子熔覆方法

说明书

本发明公开了等离子熔覆用铁基合金粉末及制备方法和等离子熔覆方法。所述铁基合金粉末成分组成的百分含量为：C≤0.03％，Si≤0.05％，P≤0.01％，S≤0.01％，Mo：25～35％，Ni：6～9％，B：5～6％，Ti：0.9～1.1％，Al：0.05～0.10％，余量为铁，所述硬质相为硼化物。本发明在铁基合金粉末中添加适当比例的Mo、Ni、和B，形成的硼化物硬质相能够在高温700℃以上保持硬度，因此本发明通过新加入元素的协同作用和功效平衡，提升铁基合金粉末等离子熔覆后材料的表面硬度和耐磨性。

技术领域

本发明属于化学冶金技术领域，特别涉及等离子熔覆用铁基合金粉末及制备方法和等离子熔覆方法。

背景技术

目前约有70％的设备损坏由各种形式的磨损引起，磨损不仅造成了巨大的经济损失，更带来了重大的安全事故。其中冶金、石化、核电、火电等行业高温、高冲击载荷条件下的工件磨损更是磨损问题的难点。目前修复高温磨损工件主要使用钴基、镍基以及铁基耐磨材料，其中钴、镍金属受限于自然界中储量低，开采与冶炼难度高，并受新能源电池行业的强劲需求影响，价格昂贵，不适合低成本修复大尺寸、复杂形状耐磨工件。铁基耐磨材料成本低廉，通常使用如WC、ZrO₂增韧Al₂O₃，Al₂O₃、SiC、VC、Cr₃O₂、ZrO₂、TiC等颗粒，形成碳化硬质相，增强铁基复合材料耐磨性。但是在超过600℃时，除WC外，其余碳化硬质相均会发生软化；超过700℃时，WC也具有部分的软化效果。综上所述，碳化硬质相复合铁基耐磨材料无法适用700℃以上高冲击载荷环境，市场上也缺乏使用范围在700℃以上的铁基复合耐磨材料，因此，急需开展可在700℃以上高冲击载荷环境下保持稳定的复合材料及其高温磨损机理研究。

发明内容

本发明目的在于针对上述现有技术的不足之处而提供等离子熔覆用铁基合金粉末及制备方法和等离子熔覆方法。本发明所述铁基合金粉末通过等离子熔覆形成的熔覆层抗裂性好，硬度高，耐磨性能好。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种等离子熔覆用铁基合金粉末成分组成的百分含量为：C≤0.03％，Si≤0.05％，P≤0.01％，S≤0.01％，Mo：25～35％，Ni：6～9％，B：5～6％，Ti：0.9～1.1％，Al：0.05～0.10％，余量为铁，所述硬质相为硼化物。

本发明在铁基合金粉末中添加适当比例的Mo、Ni、Ti和B，形成的硼化物硬质相能够在高温，甚至是700℃以上保持硬度，因此本发明通过新加入元素的协同作用和功效平衡，提升铁基合金粉末熔覆后材料的表面硬度和耐磨性，并且各元素在上述限定范围内制备的铁基合金粉末熔覆后材料的表面硬度和耐磨性最佳。

作为本发明的优选实施方式，所述等离子熔覆用铁基合金粉末的制备方法包括如下步骤：

(1)将低碳镍铁、钼铁、钛铁、硼铁、纯铝粒以及工业纯铁混合，放入容器中，在真空环境中进行熔炼，得到钢水；

(2)将钢水保温，然后雾化为粉末，得到所述等离子熔覆用铁基合金粉末。

作为本发明的优选实施方式，所述步骤(1)中，容器内低碳镍铁、钼铁、钛铁、硼铁、纯铝粒以及工业纯铁自下往上的顺序依次是纯铝粒，钛铁，硼铁、钼铁和低碳镍铁的混合物。

为降低原料被氧化的风险，按照金属被氧化的难易程度，将最易被氧化的铝放置在最下层，保证铝的收得率；钼铁跟镍铁不容易被氧化放置于最上层，保证合金成分的收得率。因此，本发明所述原料的添加顺序可以降低原料被氧化的风险，提高材料的纯度，保证铁基合金粉末的硬度和耐磨性。

作为本发明的优选实施方式，所述步骤(1)中，采取梯度升温的方式进行熔炼，所述梯度升温的方式具体为：