CN109112381B - 一种堆焊用金属陶瓷合金粉块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种堆焊用三元硼化物金属陶瓷Mo2FeB2合金粉块，由如下重量份的原料组成：硼铁20～38份、钼粉32～50份、铁粉7～24份、纳米碳化钛粉2～4份、氧化钇粉2～4份。采用硼铁、钼粉、铁粉为原料冶金反应合成Mo2FeB2时，加入适量的纳米碳化钛粉，在焊接冶金过程中，由于纳米碳化钛粉熔点高达3140℃，在液态金属中可作为弥散的Mo2FeB2非自发形核核心，使形成的三元硼化物Mo2FeB2弥散分布，因此堆焊金属具有优异的高温硬度、耐磨性能，以及良好的韧性和抗裂性能。步骤简单、操作方便、实用性强。
Description
技术领域
本发明属于堆焊用焊接材料领域，具体涉及一种堆焊用金属陶瓷合金粉块及其制备方法与应用。
背景技术
工业生产和加工中，机械零件经常在异常复杂和苛刻的条件下工作，大量的机械装备往往因磨损、腐蚀或磨蚀而报废。这就要求在高温高压、承受较大载荷以及氧化、腐蚀等工作条件下的机械装备表面具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温和抗氧化等性能。堆焊因工艺简单、设备投资少、操作灵活、适应面广而被广泛用于在零件表面制备特殊性能金属层。
堆焊的方法有手工电弧堆焊、氧乙炔焰堆焊、埋弧自动堆焊、气体保护堆焊、等离子堆焊、电渣堆焊等。人们为适应各种堆焊方法开发了各种堆焊材料，如常用的堆焊焊条、药芯焊丝、合金钢带、合金粉末、合金粉块等。堆焊合金粉块因其制备工艺简单、成分调节容易、合金过渡系数高、使用方便而受到人们的关注。中国专利CN85102440B“耐磨堆焊合金粉块”提出了将合金粉末制备成合金块用于堆焊，该耐磨合金粉块是将高铬铸铁、硼铁、硅铁、铁粉按比例混合均匀后加入水玻璃粘接剂，按一定重量加入模具中，施以适当压力模压成型后，再烘干水分制成。目前应用的该专利合金粉块的几何形状是尺寸为90mm×30mm×3mm、60mm×30mm×3mm或其他尺寸的长方体(见文献1998年第4期的《西北电力技术》，1997年第1期的《中国甜菜糖业》)。熔敷热源为电弧(如碳弧、等离子弧、钨极氩弧)。
目前使用的合金粉块多为高铬铸铁型，其堆焊金属耐冲击性能较差，堆焊焊缝表面有裂纹，高温耐磨性能也有待提高。为了拓展合金粉块的应用范围，急需开发一些合金系的合金粉块。随着机械零部件使用工况的日益苛刻，如磨损、腐蚀、高温、交变载荷等，高硬度、高温稳定性优异、高耐腐蚀性能、热疲劳性能好的堆焊合金需求迫切。Mo2FeB2三元硼化物基金属陶瓷具有高熔点、高硬度、优异的高温稳定性和耐腐蚀性能，可以用Mo、Fe、FeB等低价粉末制备出合金粉块，通过电弧熔敷获得Mo2FeB2三元硼化物基金属陶瓷堆焊金属，这对于提高要求高温耐磨、抗疲劳性能好的热作模具寿命具有重要意义。
温永策等关于《三元硼化物系堆焊合金的研究进展》(见文献2017年第5期《精密成形工程》)：三元硼化物陶瓷涂层或含有三元硼化物陶瓷颗粒相的金属熔敷层，既具有金属基体的韧性和易加工性能，同时又兼有陶瓷相颗粒的高硬度和高耐磨性，其应用日益广泛。综述分析了三元硼化物基金属陶瓷的研究进展，介绍了有关成形工艺、合金元素对三元硼化物熔覆层组织及性能的影响。最后着重介绍了三元硼化物堆焊合金的研究进展。
论文公开了《Mo-Fe-B系堆焊合金组织与性能的研究》(王光乐，山东大学硕士论文，2017年5月)，设计了Mo-Fe-B系堆焊合金粉块，并研究了Mo、B、N含量对堆焊合金粉块性能的影响。但其高温硬度、耐磨性能仍待进一步提高，论文没有涉及堆焊金属的疲劳性能。
发明内容
为了克服上述不足，本发明在之前研究的基础上，提供了一种新的合金粉块的配制方法，形成三元硼化物Mo2FeB2金属陶瓷硬质相的同时，过量的Mo可以起到合金化，细化晶粒，固溶强化，形成碳化物，提高堆焊金属的高温性能和耐磨性能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种堆焊用三元硼化物金属陶瓷Mo2FeB2合金粉末，由如下重量份的原料组成：硼铁20～38份、钼粉32～50份、铁粉7～24份、纳米碳化钛粉2～4份、氧化钇粉2～4份。
本申请研究发现：采用硼铁、钼粉、铁粉为原料冶金反应合成Mo2FeB2时，加入适量的纳米碳化钛粉，在焊接冶金过程中，由于纳米碳化钛粉熔点高达3140℃，在液态金属中可作为弥散的Mo2FeB2非自发形核核心，使形成的三元硼化物Mo2FeB2弥散分布，因此堆焊金属具有优异的高温硬度、耐磨性能，以及良好的韧性和抗裂性能。
在一些实施例中，所述原料中还包括：电解金属锰4～8份，金属铬5～10份，石墨0～3份，金属镍粉3～6份。
电解金属锰的作用是脱氧和合金化，金属锰杂质含量少，利于堆焊金属的净化，以确保强度、改善韧性、提高疲劳性能效果。然而，低于4重量份时，脱氧效果较差，过多时，组织硬化，韧性降低，因此，推荐的使用量为4～8重量份。
金属铬是确保耐腐蚀性和高温强度的基本成分。其作用是向堆焊金属过渡Cr，Cr不仅会溶于铁基共晶组织对堆焊金属起到固溶强化作用，同时也会存在于Mo2FeB2三元硼化物硬质相中。加入一定量的Cr能取代共晶组织中正常格点的位置从而造成晶格畸变，在一定程度上起到合金强化的作用，提高了共晶组织的韧性和硬度，增加了堆焊合金的抗犁削和硬质相颗粒抗脱落的能力，从而提高了堆焊层的耐磨性。金属铬杂质含量少，利于堆焊金属的净化，提高强度和疲劳性能。本申请中为了保证高温强度，推荐铬的使用量为5-8份。
石墨是在焊接金属中形成碳化物不可缺少的元素，石墨量不足0.01份时，焊接金属的强度不够，超过3份时，焊接金属的组织显著硬化，因此，石墨的最佳范围为0.01-3重量份。
Ni是生成奥氏体的元素，在Cr为5-8份时，当Ni加入过量时，会产生马氏体组织，组织硬化，抗裂性能和抗弯性能均变差，因此，定在3-6重量份。
在一些实施例中，所述原料中还包括：粘接剂为5～15份、增塑剂为0～8份。以利于将上述的合金粉末压制成块状。
在一些实施例中，所述粉块配方中还加入45#硅铁2-6份、钛铁1-4份、钒铁2-6份。
为了合金粉末在模压后能够有效成型，本申请在加入粘结剂的同时，还额外加入一些能改善合金粉末塑性或滑润性物质，在另一些实施例中，所述增塑剂为钛白粉和/或云母。
在一些实施例中，原料中各金属合金粉末的粒径为90～160微米。
在一些实施例中，钛白粉的成分以质量百分比计TiO2含量不小于98％；云母的成分以质量百分比计SiO2含量为43％-50％，Al2O3含量为20％-35％，K2O+Na2O含量为7％-11％，K2O含量不小于6％；电解金属锰的成分以质量比计Mn含量不小于99.5％；45#硅铁的成分以质量比计是40.0％～47.0％Si，0.1％C，余为Fe和不影响性能的杂质；钛铁的成分以质量比计是35％～45％Ti，Al不超过9.0％，Si不超过3.5％，Mn不超过2.5％，余为Fe和不影响性能的杂质；金属铬的成分以质量比计Cr含量不小于98％；硼铁的成分以质量比计B含量为19-21％、C含量不超过0.1％、Si含量不超过4.0％、Al含量不超过3.0％、S含量不超过0.01％、P含量不超过0.03％；石墨的成分以质量比计是94％～99％C；钒铁的成分以质量比计是75％-85％V，C不超过0.06％，Si不超过2％，Al不超过1.5％，余为Fe和不影响性能的杂质；钼粉的成分以质量比计Mo含量不小于99.8％；金属镍粉的成分以质量比计Ni含量不小于98％；氧化钇粉末的成分以质量百分比计Y2O3含量不小于99％；铁粉为雾化铁粉，以质量比计Fe含量不小于99.9％；上述粉末的粒度为75微米～180微米(即粒度为-80目～+200目)；纳米碳化钛的成分以质量百分比计TiC含量不小于99.9％，粒度99％以上的小于40纳米；上述药粉的成分中允许含有加工过程中难以去除的不影响其性能的杂质。
本发明还提供了一种堆焊用三元硼化物金属陶瓷Mo2FeB2合金粉末的制备方法，包括：
a.对较为活泼的金属原料进行钝化处理；
b.对非金属原料粉末、金属原料粉末分别进行预混，再按照任一上述的配方比例进行共混，得干混粉，向干混粉中加入粘结剂，模压，即得。
在一些实施例中，所述堆焊为碳弧、钨极电弧。
本发明的有益效果
(1)本专利提出的合金粉块通过横截面几何形状的合理设计，使得电弧熔敷的工艺性能得到显著改善，使用灵活方便，容易实现自动化堆焊，可用于热作模具的制造与修复。
(2)堆焊金属的成分可以通过改变合金粉块配方调整，可以制造出系列产品用于不同工况，应用范围广。
(3)本专利合金粉块优化了Mo、B、Fe、Cr、Ni、纳米碳化钛含量，使堆焊金属具有良好的高温抗氧化性能和高温硬度，韧性和抗裂性能、抗疲劳性能优良。
(4)本专利合金粉块在药粉中加入纳米碳化钛，在焊接冶金过程中，由于碳化钛熔点高达3140℃，在液态金属中作为弥散的Mo2FeB2非自发形核核心，使形成的三元硼化物Mo2FeB2弥散分布，因此堆焊金属具有优异的高温硬度、耐磨性能，以及良好的韧性和抗裂性能。同时，纳米级碳化钛粉末活性大，冶金反应剧烈充分，可以弥补电弧堆焊熔池存在时间短、冶金反应不充分的弊端。
(5)本专利合金粉块用原材料的优选(如选用纯金属，少用铁合金)和加入稀土氧化钇，降低了堆焊金属夹杂物含量，使夹杂物球化，细化晶粒，提高了堆焊金属的韧性、塑性和抗疲劳性能。
(6)本专利提出的合金粉块可以采用焊条液压涂粉机生产，利用现有的焊条自动生产线，不用新购生产设备，并且生产效率较高。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1本发明所述部分合金粉块的横截面形状示意图；
图2电弧熔敷合金粉块方法示意图；
图3是本申请实施例1中加纳米碳化钛熔敷金属光学显微镜组织照片；
图4是本申请对比例1未加纳米碳化钛熔敷金属光学显微镜组织照片；
其中：1合金粉块，2欲堆焊金属(基体)。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
一种堆焊用合金粉块及其制备方法与应用。
本发明的技术构思是：选择金属和铁合金粉末(简称粉料)，按设计比例混合均匀后，加入占粉料总质量5～15％的粘接剂和0～8％的增塑剂，采用模压或者焊条生产用的液压涂粉机，生产出合金粉块。
本发明所述的堆焊用合金粉块，其特征是：所述合金粉块根据堆焊金属的要求，其组成以质量份计为，粘接剂为5～15份、增塑剂为0～8份、电解金属锰4-8，45#硅铁2-6，钛铁1-4，金属铬5-10，硼铁20-38，石墨0-3，钒铁2-6，钼粉32-50，金属镍粉3-6，铁粉2-8，纳米碳化钛粉2-4，氧化钇粉2-4。
上述的堆焊用合金粉块中：所述粘接剂的加入量以重量份数计，优选8～12份。
上述的堆焊用合金粉块中：所述粘接剂是水玻璃，水玻璃的模数为2.5～3.0，波美度为39～50。
其中：所述水玻璃的模数优选为2.8-3.0，波美度为50。
上述的堆焊用合金粉块中：所述水玻璃是钠水玻璃或钾钠混合水玻璃，其中钾钠混合水玻璃的钾的质量份数为1～3、钠的质量份数为1。
上述的堆焊用合金粉块中：所述增塑剂是钛白粉、云母之一。
其中：所述增塑剂优选钛白粉。
上述的堆焊用合金粉块中：所述合金粉块几何体的横截面为半圆形，其半径为4mm-15mm，见图1。所述合金粉块的横截面为半圆形，粉块的长度根据欲堆焊面需要任意确定，但所述合金粉块在欲堆焊面上排布时，其拼接处粉块边缘的厚度为0-0.1mm，见图2。
含有纳米碳化钛粉的堆焊合金粉块，在焊接冶金过程中，由于其熔点高达3140℃，在液态金属中作为弥散的Mo2FeB2非自发形核核心，使形成的三元硼化物Mo2FeB2弥散分布，因此堆焊金属具有优异的高温硬度、耐磨性能，以及良好的韧性和抗裂性能。所以，纳米碳化钛粉优选作为合金粉块的基础原料使用。
当纳米碳化钛的含量低于2质量份时，高温硬度、耐磨性能，韧性和抗裂性能不良。另一方面，如果纳米碳化钛粉的含量高于4质量份，堆焊金属的耐磨性、耐热性、耐腐蚀性能提高有限，成本亦升高。本发明已确认了下述结果：如果纳米碳化钛粉末的含量不低于2质量份且不超过4质量份时，可获得期待的高温硬度、耐磨性能，韧性和抗裂性能。
氧化钇稀土的主要作用是净化堆焊金属、球化夹杂物、促使形成弥散分布的三元硼化物Mo2FeB2、碳化钛等硬质相，提高堆焊金属高温耐磨性和抗疲劳性能。就其含量而言，尽管不能一概而论，但当氧化钇的含量低于2质量份时，可能会导致氧化钇的变质处理效果减弱。另一方面，氧化钇的含量高于4质量份时，可能会导致堆焊金属的韧性和抗裂性能以及高温硬度和耐磨性能下降，因此，本申请中将氧化钇的加入量限定在2-4质量份之间。
硼铁、钼粉、铁粉是冶金反应合成Mo2FeB2的原料，通过原料的优化配比，获得耐热耐磨性能优异的硬质相。
上述合金粉块配方中，钛白粉的成分以质量百分比计TiO2含量不小于98％；云母的成分以质量百分比计SiO2含量为43％-50％，Al2O3含量为20％-35％，K2O+Na2O含量为7％-11％，K2O含量不小于6％；电解金属锰的成分以质量比计Mn含量不小于99.5％；45#硅铁的成分以质量比计是40.0％～47.0％Si，0.1％C，余为Fe和不影响性能的杂质；钛铁的成分以质量比计是35％～45％Ti，Al不超过9.0％，Si不超过3.5％，Mn不超过2.5％，余为Fe和不影响性能的杂质；金属铬的成分以质量比计Cr含量不小于98％；硼铁的成分以质量比计B含量为19-21％、C含量不超过0.1％、Si含量不超过4.0％、Al含量不超过3.0％、S含量不超过0.01％、P含量不超过0.03％；石墨的成分以质量比计是94％～99％C；钒铁的成分以质量比计是75％-85％V，C不超过0.06％，Si不超过2％，Al不超过1.5％，余为Fe和不影响性能的杂质；钼粉的成分以质量比计Mo含量不小于99.8％；金属镍粉的成分以质量比计Ni含量不小于98％；氧化钇粉末的成分以质量百分比计Y2O3含量不小于99％；铁粉为雾化铁粉，以质量比计Fe含量不小于99.9％；上述粉末的粒度为75微米～180微米(即粒度为-80目～+200目)；纳米碳化钛的成分以质量百分比计TiC含量不小于99.9％，粒度99％以上的小于40纳米。上述药粉的成分中允许含有加工过程中难以去除的不影响其性能的杂质。
上述合金粉块中各组分的作用如下：
钛白粉的作用是改善药粉的塑性和结合性能，提高合金粉块的强度。
云母的作用是改善药粉的塑性和结合性能，增加合金粉块的透气性，利于药皮水分排出，避免开裂，提高合金粉块强度。
硼铁、钼粉和铁粉通过以下焊接冶金反应形成三元硼化物Mo2FeB2金属陶瓷硬质相，过量的Mo可以起到合金化，细化晶粒，固溶强化，形成碳化物，提高堆焊金属的高温性能和耐磨性能。
Fe+FeB＝Fe2B
2Mo+2FeB＝Mo2FeB2+Fe
Mo+2Fe2B＝Mo2FeB2+3Fe
金属铬的作用是向焊缝金属过渡Cr，Cr不仅会溶于铁基共晶组织对焊缝金属起到固溶强化作用，同时也会存在于Mo2FeB2三元硼化物硬质相中。加入一定量的Cr能取代共晶组织中正常格点的位置从而造成晶格畸变，在一定程度上起到合金强化的作用，提高了共晶组织的韧性和硬度，增加了堆焊合金的抗犁削和硬质相颗粒抗脱落的能力，从而提高了堆焊层的耐磨性。Cr含量达到11％以上还能提高堆焊金属的高温抗氧化性能。金属铬杂质含量少，利于堆焊金属的净化。
基于之前的研究，本发明所述堆焊用合金粉块的制备方法，采用模压或焊条液压涂粉机制备，具体方法是：
(1)模压制备
合金粉块模压制备的步骤如下：
1)铁合金钝化对合金粉块中所用的硅铁、金属锰、金属铬进行钝化处理，以在粉末颗粒的表面形成一层氧化膜，避免与粘接剂水玻璃中的游离碱反应，防止合金粉块起泡。将45#硅铁、金属锰、金属铬分别置于耐热钢制盘中，其堆积厚度为30mm-40mm，焙烧时搅拌3-5次。焙烧的工艺参数为：45#硅铁为700℃～800℃，保温1小时，随炉冷却；金属锰为280℃～320℃，保温1小时，随炉冷却；金属铬为550℃～580℃，保温1小时，随炉冷却。其他铁合金无需处理，供货状态使用。
2)模压成型
根据金属陶瓷合金粉块的配方，先将比重较小的钛白粉、云母、石墨按配方比例称量后混合，用现有的混粉机干混10-15分钟，获得非合金混合粉；然后将步骤1)钝化的电解金属锰、45#硅铁、金属铬和无需钝化的钛铁、硼铁、钒铁、钼粉、金属镍粉、铁粉、纳米碳化钛粉、氧化钇粉等脱氧合金剂按配方比例称量后加入到非合金混合粉中，再继续混粉8-15分钟，获得干混粉。
然后按合金粉块配方，在干混粉中添加水玻璃粘接剂，湿拌混合均匀，得湿料；采用模压工艺生产合金粉块时可以不加增塑剂。
取模具，将上述湿料填入其中，施加50MPa以上的压力至合金粉块成型。
在20℃～60℃温度下，将成型的合金粉块烘干8小时～48小时后，再在150℃～180℃温度下保温烘干30分钟～50分钟，水分完全去除后，制得合金粉块成品。
所述合金粉块的配比以质量份计如下：粘接剂为5～15份、增塑剂为0～8份、电解金属锰4-8，45#硅铁2-6，钛铁1-4，金属铬5-10，硼铁20-38，石墨0-3，钒铁2-6，钼粉32-50，金属镍粉3-6，铁粉2-8，纳米碳化钛粉2-4，氧化钇粉2-4。纳米碳化钛粉的粒度为99％以上的小于40纳米，其他粉末的粒度为75微米～180微米(即粒度为-80目～+200目)。
(2)焊条涂粉机制备
焊条涂粉机制备合金粉块的步骤如下：
1)铁合金钝化对合金粉块中所用的硅铁、金属锰、金属铬进行钝化处理，以在粉末颗粒的表面形成一层氧化膜，避免与粘接剂水玻璃中的游离碱反应，防止合金粉块起泡。将45#硅铁、金属锰、金属铬分别置于耐热钢制盘中，其堆积厚度为30mm-40mm，焙烧时搅拌3-5次。焙烧的工艺参数为：45#硅铁为700℃～800℃，保温1小时，随炉冷却；金属锰为280℃～320℃，保温1小时，随炉冷却；金属铬为550℃～580℃，保温1小时，随炉冷却。其他铁合金无需处理，供货状态使用。
2)焊条液压涂粉机制备
根据金属陶瓷合金粉块的配方，先将比重较小的钛白粉、云母、石墨按配方比例称量后混合，用现有的混粉机干混10-15分钟，获得非合金混合粉；然后将步骤1)钝化的电解金属锰、45#硅铁、金属铬和无需钝化的钛铁、硼铁、钒铁、钼粉、金属镍粉、铁粉、纳米碳化钛粉、氧化钇粉等脱氧合金剂按配方比例称量后加入到非合金混合粉中，再继续混粉8-15分钟，获得干混粉。
然后按合金粉块配方，在干混粉中添加水玻璃粘接剂，湿拌混合均匀，得湿料。
根据合金粉块设计的横截面形状和尺寸换上焊条液压涂粉机的定径模，然后按照常规的焊条生产规程压制合金粉块，压制过程中，关闭焊条液压涂粉机的送丝***，不送进焊丝。根据需要将压涂的合金粉块在烘干前，根据需要截取纵向长度。
将上述压制出的合金粉块在20℃～60℃温度下，烘干8小时～48小时后，再在150℃～180℃温度下保温烘干30分钟～50分钟，水分完全去除后，制得合金粉块成品。
所述合金粉块的配比以质量份计如下：粘接剂为5～15份、增塑剂为0～8份、电解金属锰4-8，45#硅铁2-6，钛铁1-4，金属铬5-10，硼铁20-38，石墨0-3，钒铁2-6，钼粉32-50，金属镍粉3-6，铁粉2-8，纳米碳化钛粉2-4，氧化钇粉2-4。纳米碳化钛粉的粒度为99％以上的小于40纳米，其他粉末的粒度为75微米～180微米(即粒度为-80目～+200目)。
上述两种制备方法配方中的钛白粉、云母为增塑剂，增塑剂优选钛白粉。在保证压涂性能的前提下其加入量尽可能少，优选加入量为2份～6份。
上述水玻璃粘接剂优先选用的加入量为8份～12份。
焊条液压涂粉机与模压相比具有更高的生产效率，应优先选用。
本发明所述堆焊用合金粉块用于采用电弧熔敷方式制备具有耐磨、耐腐蚀、耐高温或抗氧化的表面层。
根据本申请上述合金粉块组成和特点，在堆焊工艺中推荐使用碳弧和钨极电弧熔敷；具体的工艺参数推荐使用申请人之前的研究、确定的工艺条件。
电弧熔敷时合金粉块横截面形状的确定原则是合金粉块的拼接处厚度非常小，以使电弧容易穿透合金粉块熔化母材。因此，电弧熔敷时选择横截面形状为半圆形的合金粉块，使用方法见图2，将合金粉块纵向覆盖于待堆焊面，合金粉块之间留有0～5mm的间隙。熔敷时电弧作用于合金粉块拼接处，在电弧热的作用下，母材部位很快熔化形成熔池，熔池的液态金属填充合金粉块的间隙，提高了粉块的导热能力，加速了粉块熔化。熔池形成后将电弧横向摆动，横向摆动的速度由合金粉块的熔化速度确定，使电弧始终作用于合金粉块与液态金属的界面上。通过熔池的不断扩大，将合金粉块全部熔化，最后凝固形成堆焊层。详细步骤可参见专利CN 101053931A。
上述金属陶瓷合金粉块根据不同的电弧熔敷工艺确定焊接工艺参数，熔敷金属的硬度为HRC55-68。
实施例1：
金属陶瓷合金粉块的配方以质量份计为，粘接剂为15、增塑剂为8、电解金属锰4，45#硅铁2，钛铁4，金属铬10，硼铁38，石墨3，钒铁6，钼粉50，金属镍粉3，铁粉8，纳米碳化钛粉4，氧化钇粉4。纳米碳化钛粉的粒度为99％以上的小于40纳米，其他粉末的粒度为75微米～180微米(即粒度为-80目～+200目)。
粘结剂为钠水玻璃，其模数为3.0，波美度为50。增塑剂为钛白粉。
(1)铁合金钝化将45#硅铁、金属锰、金属铬分别置于耐热钢制盘中，其堆积厚度为30mm，焙烧时搅拌3次。焙烧的工艺参数为：45#硅铁为700℃，保温1小时，随炉冷却；金属锰为280℃，保温1小时，随炉冷却；金属铬为550℃，保温1小时，随炉冷却。其他铁合金无需处理，供货状态使用。
(2)根据金属陶瓷合金粉块的配方，先将比重较小的钛白粉、石墨按配方比例称量后混合，用现有的混粉机干混10分钟，获得非合金混合粉；然后将步骤(1)钝化的电解金属锰、45#硅铁、金属铬和无需钝化的钛铁、硼铁、钒铁、钼粉、金属镍粉、铁粉、纳米碳化钛粉、氧化钇粉等脱氧合金剂按配方比例称量后加入到非合金混合粉中，再继续混粉8分钟，获得干混粉。
然后按合金粉块配方，在干混粉中添加水玻璃粘接剂，湿拌混合均匀，得湿料。
根据合金粉块设计的横截面形状和尺寸换上焊条液压涂粉机的半径为10mm的定径模，然后按照常规的焊条生产规程压制合金粉块，压制过程中，关闭焊条液压涂粉机的送丝***，不送进焊丝。根据需要将压涂的合金粉块在烘干前，根据需要截取纵向长度50mm。
将上述压制出的合金粉块在60℃温度下，烘干8小时后，再在150℃温度下保温烘干50分钟，水分完全去除后，制得合金粉块成品。
将按上述方法生产的合金粉块放置于Q345钢板表面，粉块之间的间隙为1mm，然后用TIG电弧熔敷，工艺参数为：焊接电流为350A、电压为20V、氩气流量为25L/min、冷却水流量为20L/min。电弧作用于合金粉块之间的间隙处，在电弧热的作用下，母材部位很快熔化形成熔池，熔池的液态金属填充合金粉块的间隙，提高了粉块的导热能力，加速了粉块熔化。熔池形成后将电弧横向摆动，横向摆动的速度由合金粉块的熔化速度确定，使电弧始终作用于合金粉块与液态金属的界面上。通过熔池的不断扩大，将合金粉块全部熔化，最后凝固形成堆焊层。试验表明，堆焊层没有裂纹，成型良好，熔敷金属室温20℃硬度平均值为HRC68，600℃硬度平均值为HV644。
实施例2：
金属陶瓷合金粉块的配方以质量份计为，粘接剂为10、增塑剂为2、电解金属锰8，45#硅铁6，钛铁2，金属铬5，硼铁20，钒铁2，钼粉32，金属镍粉6，铁粉2，纳米碳化钛粉2，氧化钇粉2。纳米碳化钛粉的粒度为99％以上的小于40纳米，其他粉末的粒度为75微米～180微米(即粒度为-80目～+200目)。
粘结剂为钾钠混合水玻璃，钾的质量份数为2，钠的质量份数为1，其模数为2.8，波美度为39。增塑剂为白泥。
(1)铁合金钝化将45#硅铁、电解金属锰、金属铬分别置于耐热钢制盘中，其堆积厚度为40mm，焙烧时搅拌5次。焙烧的工艺参数为：45#硅铁为800℃，保温1小时，随炉冷却；电解金属锰为320℃，保温1小时，随炉冷却；金属铬为580℃，保温1小时，随炉冷却。其他铁合金无需处理，供货状态使用。
(2)根据金属陶瓷合金粉块的配方，先将比重较小的钛白粉、石墨按配方比例称量后混合，用现有的混粉机干混15分钟，获得非合金混合粉；然后将步骤(1)钝化的电解金属锰、45#硅铁、金属铬和无需钝化的钛铁、硼铁、钒铁、钼粉、金属镍粉、铁粉、纳米碳化钛粉、氧化钇粉等脱氧合金剂按配方比例称量后加入到非合金混合粉中，再继续混粉15分钟，获得干混粉。
然后按合金粉块配方，在干混粉中添加水玻璃粘接剂，湿拌混合均匀，得湿料。
根据合金粉块设计的横截面形状和尺寸换上焊条液压涂粉机的半径为10mm的定径模，然后按照常规的焊条生产规程压制合金粉块，压制过程中，关闭焊条液压涂粉机的送丝***，不送进焊丝。根据需要将压涂的合金粉块在烘干前，根据需要截取纵向长度200mm。
将上述压制出的合金粉块在20℃室温下低温烘干24小时，然后进行180℃、保温45分钟的烘干，去除水分后即成合金粉块成品。
将按上述方法生产的合金粉块放置于Q345钢板表面，粉块之间的间隙为1mm，然后用TIG电弧熔敷，工艺参数为:电流为350A、电压为20V、氩气流量为25L/min、冷却水流量为20L/min。电弧作用于合金粉块之间的间隙处，在电弧热的作用下，母材部位很快熔化形成熔池，熔池的液态金属填充合金粉块的间隙，提高了粉块的导热能力，加速了粉块熔化。熔池形成后将电弧横向摆动，横向摆动的速度由合金粉块的熔化速度确定，使电弧始终作用于合金粉块与液态金属的界面上。通过熔池的不断扩大，将合金粉块全部熔化，最后凝固形成堆焊层。试验表明，堆焊层没有裂纹，成型良好，熔敷金属室温20℃硬度平均值为HRC66，600℃硬度平均值为HV613。
实施例3：
金属陶瓷合金粉块的配方以质量份计为，粘接剂为5、电解金属锰6，45#硅铁5，钛铁3，金属铬8，硼铁30，钒铁5，钼粉42，金属镍粉4，铁粉6，纳米碳化钛粉3，氧化钇粉3。纳米碳化钛粉的粒度为99％以上的小于40纳米，其他粉末的粒度为75微米～180微米(即粒度为-80目～+200目)。
粘结剂为钠水玻璃，其模数为2.9，波美度为45。
(1)铁合金钝化将45#硅铁、电解金属锰、金属铬分别置于耐热钢制盘中，其堆积厚度为35mm，焙烧时搅拌4次。焙烧的工艺参数为：45#硅铁为750℃，保温1小时，随炉冷却；电解金属锰为300℃，保温1小时，随炉冷却；金属铬为560℃，保温1小时，随炉冷却。其他铁合金无需处理，供货状态使用。
(2)根据金属陶瓷合金粉块的配方，先将比重较小的钛白粉、石墨按配方比例称量后混合，用现有的混粉机干混12分钟，获得非合金混合粉；然后将步骤(1)钝化的电解金属锰、45#硅铁、金属铬和无需钝化的钛铁、硼铁、钒铁、钼粉、金属镍粉、铁粉、纳米碳化钛粉、氧化钇粉等脱氧合金剂按配方比例称量后加入到非合金混合粉中，再继续混粉10分钟，获得干混粉。
然后按合金粉块配方，在干混粉中添加水玻璃粘接剂，湿拌混合均匀，得湿料。
采用粉末冶金常用的压模模具，该模具的型腔为半径8mm，横截面为半圆形、长度为100mm，将上述湿料填入其中，施加50MPa的压力至合金粉块成型。
在50℃温度下，将成型的合金粉块烘干24小时后，再在160℃温度下保温烘干40分钟，水分完全去除后，制得合金粉块成品。
将按上述方法生产的合金粉块放置于Q345钢板表面，粉块之间的间隙为1mm，然后用碳弧熔敷，工艺参数为：碳棒直径4mm、长度为355mm，电流为150A。电弧作用于合金粉块之间的间隙处，在电弧热的作用下，母材部位很快熔化形成熔池，熔池的液态金属填充合金粉块的间隙，提高了粉块的导热能力，加速了粉块熔化。熔池形成后将电弧横向摆动，横向摆动的速度由合金粉块的熔化速度确定，使电弧始终作用于合金粉块与液态金属的界面上。通过熔池的不断扩大，将合金粉块全部熔化，最后凝固形成堆焊层。试验表明，堆焊层没有裂纹，成型良好，熔敷金属室温20℃硬度平均值为HRC62，600℃硬度平均值为HV571。
实施例4：金属陶瓷合金粉块的配方以质量份计为，粘接剂为5、电解金属锰4，45#硅铁2，钛铁4，金属铬10，硼铁35，石墨3，钒铁6，钼粉48，金属镍粉3，铁粉8，纳米碳化钛粉4，氧化钇粉4。纳米碳化钛粉的粒度为99％以上的小于40纳米，其他粉末的粒度为75微米～180微米(即粒度为-80目～+200目)。
粘结剂为钾钠混合水玻璃，钾的质量份数为3，钠的质量份数为1，其模数为3.0，波美度为46。
(1)铁合金钝化将45#硅铁、电解金属锰、金属铬分别置于耐热钢制盘中，其堆积厚度为30mm，焙烧时搅拌3次。焙烧的工艺参数为：45#硅铁为700℃，保温1小时，随炉冷却；电解金属锰为280℃，保温1小时，随炉冷却；金属铬为550℃，保温1小时，随炉冷却。其他铁合金无需处理，供货状态使用。
(2)根据金属陶瓷合金粉块的配方，先将比重较小的钛白粉、石墨按配方比例称量后混合，用现有的混粉机干混10分钟，获得非合金混合粉；然后将步骤(1)钝化的电解金属锰、45#硅铁、金属铬和无需钝化的钛铁、硼铁、钒铁、钼粉、金属镍粉、铁粉、纳米碳化钛粉、氧化钇粉等脱氧合金剂按配方比例称量后加入到非合金混合粉中，再继续混粉8分钟，获得干混粉。
然后按合金粉块配方，在干混粉中添加水玻璃粘接剂，湿拌混合均匀，得湿料。
采用粉末冶金常用的压模模具，该模具的型腔为半径8mm，横截面为半圆形、长度为100mm，将上述湿料填入其中，施加50MPa的压力至合金粉块成型。
在20℃温度下，将成型的合金粉块烘干48小时后，再在180℃温度下保温烘干50分钟，水分完全去除后，制得合金粉块成品。
将按上述方法生产的合金粉块放置于Q345钢板表面，粉块之间的间隙为1mm，然后用碳弧熔敷，工艺参数为：碳棒直径4mm、长度为355mm，电流为150A。电弧作用于合金粉块之间的间隙处，在电弧热的作用下，母材部位很快熔化形成熔池，熔池的液态金属填充合金粉块的间隙，提高了粉块的导热能力，加速了粉块熔化。熔池形成后将电弧横向摆动，横向摆动的速度由合金粉块的熔化速度确定，使电弧始终作用于合金粉块与液态金属的界面上。通过熔池的不断扩大，将合金粉块全部熔化，最后凝固形成堆焊层。试验表明，堆焊层没有裂纹，成型良好，熔敷金属室温20℃硬度平均值为HRC67，600℃硬度平均值为HV632。
对比例1
制备方法与实施例1相同，不同之处在于，配方中无纳米碳化钛粉，对比例1熔敷金属室温20℃硬度平均值为HRC61，600℃硬度平均值为HV608。对堆焊金属的热疲劳性进行测试，试样尺寸为50×20×1.5(mm)，在20mm一边的中心垂直厚度方向，开60°V型缺口，进行700℃-20℃的循环加热、冷却，用出现0.5mm裂纹的循环次数反映疲劳性能。不含纳米碳化钛粉的对比例1的循环次数为34次，含纳米碳化钛粉4份的实施例1的循环次数为56次。通过与实施例1的比对，表明本发明纳米碳化钛粉能有效提升堆焊金属的抗疲劳性能。
对比例2
制备方法与实施例1相同，不同之处在于，配方中无氧化钇，对比例2熔敷金属室温20℃硬度平均值为HRC59，600℃硬度平均值为HV563。对堆焊金属的热疲劳性进行测试，试样尺寸为50×20×1.5(mm)，在20mm一边的中心垂直厚度方向，开60°V型缺口，进行700℃-20℃的循环加热、冷却，用出现0.5mm裂纹的循环次数反映疲劳性能。不含氧化钇粉末的对比例1的循环次数为41次，含氧化钇2份的实施例1的循环次数为67次。通过与实施例2的比对，表明本发明氧化钇能有效提升堆焊金属的抗疲劳性能。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种堆焊用三元硼化物金属陶瓷Mo2FeB2合金粉末，其特征在于，由如下重量份的原料组成：硼铁20～38份、钼粉32～50份、铁粉7～24份、纳米碳化钛粉2～4份、氧化钇粉2～4份、45#硅铁2-6份、钛铁1-4份、钒铁2-6份，电解金属锰4～8份，金属铬5～10份，石墨0.01～3份，金属镍粉3～6份；
粘结剂5～15份、增塑剂0～8份；所述粘结剂为水玻璃，所述增塑剂为钛白粉和/或云母；
所述堆焊为碳弧、钨极电弧、等离子电弧、熔化极的焊条电弧、或熔化极气体保护焊电弧熔敷；
钛白粉的成分以质量百分比计TiO2含量不小于98％；云母的成分以质量百分比计SiO2含量为43％-50％，Al2O3含量为20％-35％，K2O+Na2O含量为7％-11％，K2O含量不小于6％；电解金属锰的成分以质量比计Mn含量不小于99.5％；45#硅铁的成分以质量比计是40.0％～47.0％Si，0.1％C，余为Fe和不影响性能的杂质；钛铁的成分以质量比计是35％～45％Ti，Al不超过9.0％，Si不超过3.5％，Mn不超过2.5％，余为Fe和不影响性能的杂质；金属铬的成分以质量比计Cr含量不小于98％；硼铁的成分以质量比计B含量为19-21％、C含量不超过0.1％、Si含量不超过4.0％、Al含量不超过3.0％、S含量不超过0.01％、P含量不超过0.03％；石墨的成分以质量比计是94％～99％C；钒铁的成分以质量比计是75％-85％V，C不超过0.06％，Si不超过2％，Al不超过1.5％，余为Fe和不影响性能的杂质；钼粉的成分以质量比计Mo含量不小于99.8％；金属镍粉的成分以质量比计Ni含量不小于98％；氧化钇粉的成分以质量百分比计Y2O3含量不小于99％；铁粉为雾化铁粉，以质量比计Fe含量不小于99.9％；纳米碳化钛粉的成分以质量百分比计TiC含量不小于99.9％，粒度99％以上的小于40纳米；除纳米碳化钛粉外的其它粉末粒度为75微米～180微米，所述粉末的成分中允许含有加工过程中难以去除的不影响其性能的杂质。
2.一种堆焊用三元硼化物金属陶瓷Mo2FeB2合金粉末的制备方法，其特征在于，包括：
a.对45#硅铁、电解金属锰、金属铬进行钝化处理；
b.对非金属原料粉末、金属原料粉末分别进行预混，再按照权利要求1所述的合金粉末的原料组成比例进行共混，得干混粉，向干混粉中加入粘结剂，模压或液压，即得。
3.根据权利要求1所述的堆焊用三元硼化物金属陶瓷Mo2FeB2合金粉末，其特征在于，所述合金粉末用于制造堆焊焊条、药芯焊丝、合金钢带、合金粉块。
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