[发明专利]一种铁基高硬度合金粉末及用其制成的熔覆焊层

说明书

本发明公开了一种铁基高硬度合金粉末及用其制成的熔覆焊层，涉及合金材料技术领域。本发明在制备铁基高硬度合金粉末时，先将铁粉熔融成铁水，将碳粉、铬粉、硼粉、硅粉、镍粉、钼粉、铌粉、钇粉混合加入铁水再进行喷雾处理，用纯水接收干燥制得合金粉末，将合金粉末和碳化硅晶须混合制得铁基高硬度合金粉末；用铁基高硬度合金粉末制成熔覆焊层时，先对熔覆基体表面进行抛光清洁，再将铁基高硬度合金粉末置于熔覆基体表面进行激光熔覆再进行渗氮，制得熔覆焊层。本发明制备铁基高硬度合金粉末含氧量低，得到熔覆焊层的具有良好的硬度。

技术领域

本发明涉及合金材料技术领域，具体为一种铁基高硬度合金粉末及用其制成的熔覆焊层。

背景技术

为了使零件获得较强的性能，以应对严苛的服役条件，延长某些重要零件的使用寿命，降低由于零件失效造成的事故风险，工业中常在金属设备表面添加具有耐磨、耐腐蚀及其他服役所需性能的涂层，以提高零件对各类失效形式的抵抗能力。目前工业中常采用的表面处理方法包括电镀、热喷涂、化学处理等。电镀涂层的硬度、耐腐蚀性能虽能够满足使用需求，但却存在严重的环境污染问题；热喷涂技术也存在结合强度不足、孔隙率较高等问题。

上世纪七十年代，激光熔覆技术也开始被尝试应用于零件的表面处理，利用高能激光束照射基体表面，使其迅速熔化，同时将待熔覆材料与其迅速混合，随后快速凝固并实现与基体的冶金结合。制备的涂层具有较强的结合强度同时也满足零件的服役需求。但其生产效率低、且制备的涂层较厚，表面粗糙度较大，后续加工过程材料浪费较为严重，生产成本较高。因此，需要对其原料合金粉末及熔覆工艺进行改进使熔覆焊层具有更好的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁基高硬度合金粉末及用其制成的熔覆焊层，以解决现有技术中存在的问题。

一种铁基高硬度合金粉末，所述铁基高硬度合金粉末的制备原料包括纯铁块、碳粉、铬粉、硼粉、硅粉、镍粉、钼粉、铌粉、钇粉和碳化硅晶须。

作为优化，所述碳化硅晶须是由农作物秸秆切割成秸秆屑，用硝酸溶液处理后进行真空碳化，制得碳化秸秆屑；将碳化秸秆屑和硅粉混合后在高温下进行催化反应制得。

作为优化，所述铁基高硬度合金粉末的制备方法包括以下工艺步骤：

(1)碳化硅晶须的制备：将碳化秸秆屑、硅粉、氟化钠、铁粉按质量比1∶0.3∶0.02∶0.02～1∶0.4∶0.03∶0.03混合均匀，在氩气氛围中，1350～1400℃反应80～100min，降温至700～800℃并置于氧气氛围中保持15～20min，冷却至室温后浸没在质量分数20～30％的盐酸中静置3～5min，离心分离并用纯水洗涤3～5次，在-10～-1℃，50～100Pa干燥6～8h，制得碳化硅晶须；

(2)煅烧：将长宽高均小于10cm的纯铁块置于煅烧炉内，用真空泵对煅烧炉进行抽气使氮化炉炉内压力达到5～10Pa，再通入氮气使压力达到0.11～0.13MPa，依次在100～120℃预热15～20min，800～900℃煅烧30～40min，在1900～2000℃煅烧40～50min制得铁水；

(3)加料：将碳粉、铬粉、硼粉、硅粉、镍粉、钼粉、铌粉、钇粉按质量比0.2∶18∶1.3∶0.9∶0.8∶0.2∶0.5∶0.1～0.3∶19∶1.7∶1.1∶1∶0.6∶1∶0.3混合均匀作为添加料，向铁水中加入铁水质量0.28～0.33倍的添加料，在1900～2000℃，30～40kHz超声20～30min，制得合金溶液；

(4)喷雾处理：将1900～2000℃的铁基合金溶液以200～300g/s质量流量在一氧化碳气体环境中进行喷雾，喷雾落差3～5m，用60～70℃纯水接收，将落入纯水的粉体收集，在-10～-1℃，50～100Pa干燥6～8h，制得合金粉末；将合金粉末和碳化硅晶须按质量比6∶1～8∶1混合均匀，即得铁基高硬度合金粉末。