[发明专利]一种复合碳化物强化镍基合金堆焊用药芯焊丝

说明书

本发明公开了一种复合碳化物强化镍基合金堆焊用药芯焊丝，包括外层金属皮和内层药芯，药芯按以下重量比组成：碳化钨25～40％、碳化钛20～35％、Ni‑Cr‑B‑Si合金粉20～30％、金属锰1～3％、余量为镍粉，以碳化钨、碳化钛作为复合碳化物起到强化的作用，以镍作为粘结基体。本发明以复合碳化物强化、镍作为粘结基体，制备出无渣无飞溅的金属芯药芯焊丝，更环保，实现了堆焊合金的高耐磨、高耐腐蚀；采用热丝TIG焊，实现了无裂纹、变形小、焊接性能好、易于焊接全自动化等技术特性，对以白炭黑轮胎胶料为主的密炼机工作面表面强化具有重大意义；焊接操作工艺易于控制，焊接质量的一致性极高，综合成本低，满足了以白炭黑轮胎胶料为主的密炼机质量高、寿命长的要求。

技术领域

本发明涉及一种复合碳化物强化镍基合金堆焊用药芯焊丝，属于堆焊焊接材料领域。

背景技术

为提高汽车轮胎性能，胎面胶中加入大量的白炭黑，可以降低滚动阻力、改善抗湿滑性能、提高抓地性。白炭黑(white carbon black)，水合二氧化硅(Hydrated Silica)，SiO2·nH2O，其SiO₂≥94％，硬度高，莫氏硬度达到7，比表面积大，最细可达纳米级，在强力捏合(糅合、剪切)中对密炼机工作面产生强烈磨损。白炭黑加入炼胶过程中产生硅烷化反应，产生大量的水汽和乙醇，与胶料中的其他添加物反应产生酸性物质，密炼过程中会温度升高快，对设备的腐蚀性增强。设备常用的高铬铸铁合金、钴基合金等堆焊工作面，但是裂纹难以避免，白炭黑等粉末及其反应物会渗入裂纹中，加剧磨损，降低设备适用寿命。高耐磨、耐腐蚀、无裂纹、高结合力逐渐成为当代密炼机合金堆焊的几大不可分割的约束性技术指标。

密炼机常用的高铬铸铁合金、钴基合金药芯焊丝堆焊层性能难以同时满足高耐磨、耐腐蚀、无裂纹、高结合力的约束性技术指标，主要原因：喷射过渡的药芯焊丝堆焊冷却速度过快、过渡层中的主要元素C、Cr、Mn由于熔合比过大而大量过渡到堆焊层等，又由于密炼室和转子拘束过大、堆焊层本身设计硬度高(HRC52-55以上)，实际的预热温度由于工装或现场条件受限达不到技术要求等等，这样就容易产生裂纹。

专利公开号CN108149126B一种耐磨转动轴用碳化物增强的钴基复合材料及其制备方法，属于高温耐磨合金领域。材料基体合金化学成分为：Cr 18～34％；W 9～28％；V 0～6％；Ni 0～10％，Fe 0～10％，C 0.2～2％，其余为Co，材料的主要增强相为M6C型和M23C6型碳化物，该复合材料采用粉末冶金方法制备而成。该发明选取了含高熔点元素W、Cr、Ni等的Co基合金为基体，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损的性能；在钴基合金基体中加入适量的WC粉末，通过WC的高温相变，形成M6C增强相，大幅度提高钴基合金的硬度和耐磨性能。粉末冶金方法周期长、使用钴作为合金粘结基体材料，成本偏高。

专利公开号CN103406689A一种WC颗粒增强型镍基MIG耐磨堆焊药芯焊丝，焊丝直径为1.6mm，属于熔渣型药芯焊丝，焊接方法采用MIG，焊缝金属HRC≥45。焊缝金属熔合比过大，底层中主要合金元素过渡到焊缝金属比例容易偏大，对母材热输入量过大，易使母材基体发生变形；MIG焊后焊缝表面裂纹倾向大；熔渣型药芯焊丝焊后需要去除熔渣，保存不当存在易吸潮，产生气孔的风险较大，另外焊接飞溅也会增加，恶化焊接操作工艺性能；焊缝金属硬度HRC≥45，对于使用白炭黑轮胎胶料的密炼机工况来说偏低。国内外高性能密炼机普遍采用工作面镀硬铬的方法，硬度高(HRC≥60)、表面光滑无裂纹，耐磨耐腐蚀性能好，但是，电镀硬铬工艺环境负荷过大。寻求更高耐磨耐腐蚀性能又环保的技术工艺成为公认的方向。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种复合碳化物强化镍基合金堆焊用药芯焊丝，采用热丝TIG焊、复合碳化物(WC、TiC)强化、镍作为粘结基体、无渣无飞溅的金属芯药芯焊丝，实现了环保、高耐磨、高耐腐蚀、无裂纹、变形小、焊接操作工艺性能好、易于焊接全自动化、综合生产成本较低等的技术特性，对于以白炭黑轮胎胶料为主的密炼机工作面表面强化具有现实的重大的意义。