[发明专利]一种核壳结构铸造碳化钨颗粒焊丝及其制备方法

说明书

一种核壳结构铸造碳化钨颗粒焊丝及其制备方法，包括外皮和药芯，药芯为核壳结构碳化钨焊芯，少量合金粉及有机粘结剂，将铸造碳化钨、合金粉、机粘结剂与炭黑混合后在真空下高温加热，后保温，改性形成核壳结构，改性后会在铸造碳化钨颗粒外部形成单层烧结碳化钨壳层，得到核壳结构铸造碳化钨颗粒焊芯，包裹外皮支撑焊丝，本发明在细化碳化钨颗粒的同时，有效降低了成本，堆焊层中硬质碳化钨颗粒不易脱落，有效提高了覆焊层的硬度及耐磨性。应用于化工设备和各种机械设备磨损部位的堆焊修补。

技术领域

本发明属于焊接耗材技术领域，具体涉及一种核壳结构铸造碳化钨颗粒焊丝及其制备方法。

背景技术

对化工设备和各种机械设备磨损部位的堆焊修补，提高其使用性能和寿命是亟待解决。目前研究较多的耐磨复合材料普遍采用铸造碳化钨颗粒增强铁基复合材料，这是由于铸造碳化钨颗粒能够与高温铁液完全润湿，使得材料易于成形加工且质量稳定。常见的焊丝填充材料均采用烧结碳化钨颗粒，铸造碳化钨颗粒，或者二者的混合颗粒。但是在研究中主要发现两个问题，第一，烧结碳化钨主要以WC为主，纯度较高但是成本较高，而铸造碳化钨的成本相比较低但其中主要含有WC和W₂C。与单相ＷＣ颗粒相比，WC／W₂C具有更高的硬度和韧性且价格便宜，但是颗粒的分解比较严重，从而影响到堆焊层的耐磨性能。碳化钨的主要缺点是抗高温氧化能力差，在500～800℃空气中遭受严重氧化，在氧化性气氛中受强热易分解为W₂C和碳，即所谓“失碳”。这可通过用耐热抗氧化的金属做包裹层或粘结相，对WC颗粒进行预保护；也可以与TaC、TIC等固溶形成复合碳化物，改善碳化钨的耐热抗氧化性能。WC在Ar气氛中加热至2850℃仍然稳定，在高温氮气中亦不受影响。因此可预先将碳化钨颗粒与炭黑混合后，通过烧结得到富碳的碳化钨壳层，可提高铸造碳化钨颗粒的润湿性。第二，经过第一性原理计算发现，WC颗粒中Ｃ终止与铁的润湿性好于Ｗ终止与铁的润湿性。结合这两类技术要点，可通过烧结技术得到在性能及性价比等因素上明显优于直接添加烧结碳化钨。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种核壳结构铸造碳化钨颗粒焊丝及其制备方法，获得具有核壳结构的铸造碳化钨颗粒，即碳化钨层包裹铸造碳化钨颗粒，制备出核壳结构的铸造碳化钨颗粒填充焊丝，堆焊层效果耐磨性较好，WC颗粒高温下不易分解，适宜于大规模生产，应用于化工设备和各种机械设备磨损部位的堆焊修补。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种核壳结构铸造碳化钨颗粒焊丝，包括外皮和药芯，药芯由铸造碳化钨外包裹烧结碳化钨组成壳型铸造碳化钨颗粒，药芯外包裹外皮；药芯还包括合金粉及有机粘结剂；

所述的铸造碳化钨颗粒粒度分布为50～80目占比为25～45%，80～200目占比为30～100%；

所述的铸造碳化钨占比为70～90%，合金粉为5～15%，机粘结剂1～4%，一种双层核壳结构铸造碳化钨颗粒焊丝所占焊丝重量比为70～80%。

所述的外皮为镍合金，钴合金或铜合金。

所述的合金粉为铝粉、锰铁粉、硅铁粉、镍粉、铬粉，铌粉，铜粉中任意一种或多种合金粉和混合物。

所述的有机粘结剂为有机树脂。

一种核壳结构铸造碳化钨颗粒焊丝的制备工艺，包括以下步骤：

1）铸造碳化钨主要成分为WC/W₂C_p，将铸造碳化钨颗粒进行表面渗碳工艺，将铸造碳化钨、合金粉、机粘结剂与炭黑混合后在真空下加热到1500～1900℃，保温2～3h，改性形成核壳结构，改性后会在铸造碳化钨颗粒外部形成单层烧结碳化钨壳层，平均厚度为3～12μm，得到核壳结构铸造碳化钨颗粒焊芯；