[发明专利]一种激光熔覆用合金粉末及使用该粉末制备的钢轨

说明书

本发明属于激光表面处理技术领域，提供一种激光熔覆用合金粉末及使用该粉末制备的钢轨，合金粉末包含Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四种颗粒，分别是表面镀铜的纳米MoSi₂粉、表面镀钛的纳米SiC晶须、纳米NbAl₃粉和颗粒Ⅳ，颗粒Ⅳ的化学成分为Be 3.0%‑6.0%，Al 1.0%‑4.0%，Mo 1.0%‑3.0%，W 1.0%‑3.0%，V 2.0%‑4.0%，Mn 2.0%‑4.0%，Cu 3.0%‑5.0%，Nb 0.5%‑2.0%，Nd 3.0%‑6.0%，余量为还原铁粉。利用该合金粉末可制备钢轨的表面熔覆层，熔覆层深度为1.0‑3.0mm，硬度高且不易开裂、耐腐蚀性强，模拟使用寿命达到普通钢轨的5倍以上。

技术领域

本发明属于激光表面处理技术领域，具体是一种激光熔覆用合金粉末及使用该粉末制备的钢轨。

背景技术

铁路运输是我国的重要交通方式，而随着现代高速列车技术的飞速发展，对钢轨的性能要求越来越高。在钢轨与钢轨的连接处，除用焊接方式连接后，还必须有部分钢轨不能连接在一起，中间要留有部分间隙，以便列车经过时能够连接形成回路，给控制室提供相应的信号。但钢轨端部在列车车轮的反复碾压下会产生延展（即飞边），严重时飞边自动连接，在没有列车经过时也会产生短路，发出非正常信号，对控制室造成强大的负面干扰，影响了铁路运输的流畅和安全，其主要原因是：①钢轨的端部硬度不够，易发生延展现象；②钢轨端部的耐候性不好，因为钢轨全天候露天工作，温差从零下40℃到零上100℃，钢轨有时处于寒冬极低气温，有时炎夏时温度极高且加上火车经过时的摩擦，钢轨温度达到100℃，易产生腐蚀皮层，硬度及韧性也随之下降；③钢轨经过常规表面处理后可提高其耐磨性，但硬度的提高却伴随着韧性的降低，抗开裂能力下降，一旦表面处理层发生开裂，在车轮作用下就会发生片状脱落，极易产生短路现象。

激光熔覆具有能量密度高，工件变形小的特点，在金属材料表面强化，提高耐磨性有着广泛的应用前景。但在钢轨表面强化应用该技术方案时，存在如下技术问题：为了提高熔覆层硬度，激光熔覆用合金粉末的化学成分中常含有一定的碳元素，而且为了满足防腐蚀需求，化学成分中还含有铬及镍等元素，但不仅促进S、P、Sn等杂质元素的偏聚，而且其元素本身也容易发生偏聚，这种偏聚发生在晶界、亚晶界上，降低了材料的断裂强度，也降低了材料的耐腐蚀性能，而且重要的是这种偏聚会促进马氏体的生成。但在铁路行业标准TB/T2344－2003的附录A硬化层显微组织中规定禁止钢轨中出现马氏体和贝氏体等组织。

中国专利CN110129674B公开了一种激光熔覆制备的梯度材料钢轨辙叉（申请日期为2019年5月21日），虽然极力避免生成马氏体或贝氏体，但其含有13%以上的铬、3%以上的镍，0.05%以上的碳，在优化的工艺条件下仍会生成部分马氏体或贝氏体，虽然解决了耐腐蚀性问题，但硬度增大的同时却降低了韧性，抗开裂性差。

中国专利CN 113547117 A公开了一种激光熔覆合金粉末、钢轨和制备方法（申请日期为2021年7月9日），提高了熔覆层的强度，但为了具有耐腐蚀性，仍含有镍、铬元素，不可避免地生成部分马氏体或贝氏体，降低了熔覆层的韧性，抗开裂性差。

如何解决上述问题，是本领域科技工作者的当务之急。

发明内容

本发明提供一种激光熔覆用合金粉末及使用该粉末制备的钢轨，解决以下技术问题：激光熔覆层的硬度高，在温度迅速上升下降的多次反复中，抗开裂性好（无马氏体存在），且具有很好的耐蚀性能。

本发明提供一种激光熔覆用合金粉末，采用如下技术方案：

一种激光熔覆用合金粉末，包括颗粒Ⅰ、颗粒Ⅱ、颗粒Ⅲ和颗粒Ⅳ，

所述颗粒Ⅰ为表面镀铜的纳米MoSi₂粉，所述表面镀铜的纳米MoSi₂粉未镀铜时粒径为80nm-100nm，镀铜层厚度10nm-15nm。