[发明专利]一种WC-Fe-Y2O3(Sc2O3)纳米熔覆合金以及可抑制机械激活过程中的η相的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面纳米熔覆合金，具体地说，是一种WC-Fe-Y₂O₃(Sc₂O₃)纳米熔覆合金以及可抑制混合粉末机械激活过程中的η相的制备方法，可用于厚板钢及因瓦合金表面的激光修复。

背景技术

厚板钢材和因瓦合金是制造船体、阀门等结构的关键材料，在服役过程中发生疲劳、磨损等破坏，严重影响产品的使用性能。另一方面，在船体、阀门的制造过程中，激光熔覆制造技术已经越来越成熟，可以在钢或者因瓦合金表面制备出一层具有耐高温、耐磨损和耐腐蚀的结构，使产品既具有钢或因瓦合金的耐蚀、易成形的性能，同时具有熔覆层所具备的耐高温、耐磨损和耐腐蚀的性能。在造船工业和油气运输行业，不锈钢、因瓦合金、硬质合金是生产关键零部件的重要材料。关键零部件的修复和再制造都是延长产品服役寿命、节能降耗的关键问题。而将激光熔覆技术用于高端产品制造的关键问题之一是开发成熟稳定且具有优异性能的熔覆合金。

在各种熔覆合金中，含有过渡元素(Fe、Co、Ni)的合金是适用广泛的一种材料，特别是Fe基合金材料，由于具有经济性好，与钢、因瓦合金熔合性好而广泛应用。其次，WC是一种常用的强化元素，具有耐磨性能和耐蚀性能良好、高温性能优异的特点。特别是纳米WC的应用，将纳米WC用于开发熔覆合金，不仅具有微米WC所具有的性能，而且大幅提高WC的断裂性能，对于提高熔覆层的韧性具有重要的作用。因此，将纳米WC与纳米Fe混合使用，充分利用纳米WC和Fe的粘结相和强化相的作用，对于开发高端熔覆合金意义重大。在WC-Fe合金制备的过程中，由于W-C-Fe体系在激活条件下，充足的能量将使WC发生分解，活性大的纳米Fe将发生向WC的扩散，WC由于失碳以及过渡元素向基体扩散而形成η相，η相的形成会降低熔覆合金的综合性能。

针对微米级的WC-Fe合金体系，已经提出了平衡条件下通过调节C、稀土、Cr₃C₂、贫C/贫Co、M/C等成分手段控制界面η相的形成及形态；或者通过控制合成温度抑制η相等中间相的形成，实验证明是有效的。经对现有技术的文献检索发现，W Barona Mercado等在杂志Hyperfine Interact，2007，175：49～54发表的论文“Sythesis and characterization of Fe₆W₆C by mechanical alIoying”中，提出利用机械合金化的方法机械激活W、C、Fe混合粉末，分别进行了1h、3h、5h、10h、15h、30h的球磨，随着时间的进行，三种粉末逐渐混合，但在混合过程中，形成了Fe₃W₃C、Fe₆W₆C等η相。这些非平衡产物的产生容易降低熔覆层的韧性，降低表面机械性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，开发了一种WC-Fe-Y₂O₃(Sc₂O₃)纳米熔覆合金。

本发明还提供了上述WC-Fe-Y₂O₃(Sc₂O₃)纳米熔覆合金的制备方法，以及纳米熔覆合金制备过程中的η相控制方法。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种WC-Fe-Y₂O₃(Sc₂O₃)纳米熔覆合金，制备该合金所用的材料由纳米WC粉、纳米Fe粉、纳米Y₂O₃粉、纳米Sc₂O₃粉组成，混合物中各组分按重量百分比计分别为：WC粉48～62％、纳米Fe粉33～49％、纳米Y₂O₃粉2～8％、纳米Sc₂O₃粉1～3％。

一种可抑制混合粉末机械激活过程中的η相的制备方法，制备这种WC-Fe-Y₂O₃(Sc₂O₃)纳米熔覆合金的方法，包括如下步骤：