[发明专利]基于镍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，该材料基于镍基自熔合金粉末，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，由于采用镍基体时更能适于高温、氧化、腐蚀等工况条件下的性能要求，所以镍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镍基合金材料，用于高温、腐蚀环境下工作的零部件的表面修复及耐磨层制备，熔覆层耐磨、耐腐蚀性好。

所述氩弧熔覆材料以镍基自熔合金粉末(如Ni60A等)为基础，加入锆、铌、钒、WC、石墨、稀土合金等合金粉末混合均匀，然后添加粘结剂制成湿粉，预涂于工件表面，或者制作成薄片状，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：镍基自熔合金粉末(60～90)％，锆粉(0～15)％，铌粉(0～15)％，钒粉(0～20)％，石墨(0～5)％，WC(0～35)％，稀土合金(1～5)％。熔覆材料中碳化物形成元素锆、铌、钒摩尔数总和与石墨摩尔数之比为0.8～1.2。

所述镍基自熔粉末、锆粉、铌粉、钒粉、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：

镍基自熔合金粉末采用市售Ni60A粉末，其成分如下：

C0.7-1.0，Si3.5-5.5，B3.0-4.5，Cr15-18，Fe≤10，Ni余量。

稀土合金：RE44％～47％

氩弧熔覆材料制备工艺过程：

(1)按比例称取各粉末原材料，混合后搅拌均匀；然后加入粘结剂搅拌均匀，制成湿粉，粘结剂采用水玻璃或有机粘结剂。

(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。

所述熔覆材料以镍基自熔合金粉末Ni60A为主(占60％～90％)，Ni60A粉末熔点低(950～1050℃)，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，Ni60A粉末自身熔覆层硬度可达HRC58～63。锆、铌、钒为强碳化物形成元素，且这些元素对于细化晶粒有显著作用，所述熔覆材料添加锆、铌、钒、石墨的目的是为了在熔覆过程中发生原位冶金反应，生成颗粒碳化物，细化组织、强化熔覆层，提高熔覆层耐磨性；加入稀土合金是因为稀土氧化物可以作为形核核心细化晶粒，促进碳化物的形成并使其均匀分布于镍基熔体中；加入WC是为了直接将高硬度的WC陶瓷相混入镍基熔体，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：

(1)选用直流钨极氩弧焊机进行熔覆，钨极直径φ3～4mm，直流正接，氩气流量8～12L／min，电流120～180A，电弧电压15～20V；

(2)采用预涂层熔覆材料时，直接利用钨极氩弧作为热源在预涂层材料上逐道扫描，使预涂材料熔化并与基体熔合，凝固后形成熔覆层；