CN109848514A - 一种钢基表面堆焊多元合金粉末涂层以增强耐磨性和硬度的方法 - Google Patents
一种钢基表面堆焊多元合金粉末涂层以增强耐磨性和硬度的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种钢基表面堆焊多元合金粉末涂层以增强耐磨性和硬度的方法。包括基料球磨，敷成焊料成型等，本发明的方法可以大大提高了碳钢的耐磨性和硬度，同时低碳钢价格低廉，用途广泛，可以较为方便取得的材料，通过这一技术也能大大增广它的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料领域，尤其涉及钢基表面堆焊多元合金粉末涂层以增强耐磨性和硬度的方法。
背景技术
低、中碳结构钢在工程中应用最为广泛，比如Q235、Q275、20、30等，但是硬度低、耐磨性差，无法满足摩擦磨损和高温工况的使用要求，致使其应用受到限制，提高材料的表面性能对延长机械零件使用寿命和发挥材料潜力起着重要作用。耐磨堆焊技术是用焊接方法在零件表面堆敷一层金属的工艺过程，可以使零件表面获得具有耐磨、耐热、耐蚀等特殊性能的熔敷金属。采用等离子表面熔覆技术与原位反应合成技术在普通碳钢表面制备硼化物陶瓷颗粒(ZrB2)增强Fe基熔覆层，能够大幅提高普通结构钢材料的表面抗磨损性能和耐高温氧化性能，延长机械零部件和工程构件的使用寿命，节约生产耐磨、耐热钢所需的贵重金属材料；
然而传统的陶瓷材料涂层依然存在不少的缺陷：比如陶瓷材料具有较大的脆性，不利于陶瓷材料的进一步加工；表面熔覆层成型不良，工艺参数以及粉末的配比存在一定困难，表面熔覆层与基体难以实现良好的冶金结合等。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种钢基表面堆焊多元合金粉末涂层以增强耐磨性和硬度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将基体材料加工成150mm×22mm×22mm的长方体试片，然后用砂纸将表面打磨干净，用丙酮清洗试片，去除表面油脂；
(2)将等摩尔比的Al、Cr、Ni、Mo粉末混合，加入混合粉末重量10-15％的Si，在行星式球磨机中以400-500r/min的转速，每隔25-30min反转一次的方式，进行混粉作业，作业时间2.5-3h；
(3)混粉结束后将其与其重量2-3％的黏结剂混合，在20钢基体试片表面上预敷成120mm×6mm×2mm的焊条，随后放入100-110℃的炉中烘烤20-26h；
(4)最后利用钨极氩弧焊机将AlCrNiMoFeSi合金粉末堆焊在20钢试片上，即可。
步骤(3)中所述的黏结剂为质量分数为3-5％的聚烯醇水溶液。
步骤(5)中所述钨极氩弧焊机的焊接工艺参数包括：
焊接电流/A：110；
焊接电压/V：17；
焊接运行速度/cm/min：6；
氩气流量/L/min：10；
电极材料：W-2％的钍；
电极极性：直流反接；
钨极直接/mm：1.6；
焊枪与基体表面距离/mm：2。
本发明的优点：
本发明的方法可以大大提高了碳钢的耐磨性和硬度，同时低碳钢价格低廉，用途广泛，可以较为方便取得的材料，通过这一技术也能大大增广它的应用范围。
附图说明
图1为AlCrNiMoFeSi涂层的截面形貌图；
图2为涂层的硬度分布图；
图3为不同滑动速度下的体积磨损量；
图4为磨损试验参数。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
一种钢基表面堆焊多元合金粉末涂层以增强耐磨性和硬度的方法，包括以下步骤：
(1)将基体材料加工成150mm×22mm×22mm的长方体试片，然后用砂纸将表面打磨干净，用丙酮清洗试片，去除表面油脂；
(2)将等摩尔比的Al、Cr、Ni、Mo粉末混合，加入混合粉末重量10％的Si，在行星式球磨机中以400r/min的转速，每隔25min反转一次的方式，进行混粉作业，作业时间2.5-3h；
(3)混粉结束后将其与其重量2％的黏结剂混合，在20钢基体试片表面上预敷成120mm×6mm×2mm的焊条，随后放入100℃的炉中烘烤20h；
(4)最后利用钨极氩弧焊机将AlCrNiMoFeSi合金粉末堆焊在20钢试片上，即可。
步骤(3)中所述的黏结剂为质量分数为3％的聚烯醇水溶液。
步骤(5)中所述钨极氩弧焊机的焊接工艺参数包括：
焊接电流/A：110；
焊接电压/V：17；
焊接运行速度/cm/min：6；
氩气流量/L/min：10；
电极材料：W-2％的钍；
电极极性：直流反接；
钨极直接/mm：1.6；
焊枪与基体表面距离/mm：2。
实施例2
一种钢基表面堆焊多元合金粉末涂层以增强耐磨性和硬度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将基体材料加工成150mm×22mm×22mm的长方体试片，然后用砂纸将表面打磨干净，用丙酮清洗试片，去除表面油脂；
(2)将等摩尔比的Al、Cr、Ni、Mo粉末混合，加入混合粉末重量15％的Si，在行星式球磨机中以500r/min的转速，每隔30min反转一次的方式，进行混粉作业，作业时间3h；
(3)混粉结束后将其与其重量3％的黏结剂混合，在20钢基体试片表面上预敷成120mm×6mm×2mm的焊条，随后放入110℃的炉中烘烤26h；
(4)最后利用钨极氩弧焊机将AlCrNiMoFeSi合金粉末堆焊在20钢试片上，即可。
步骤(3)中所述的黏结剂为质量分数为5％的聚烯醇水溶液。
步骤(5)中所述钨极氩弧焊机的焊接工艺参数包括：
焊接电流/A：110；
焊接电压/V：17；
焊接运行速度/cm/min：6；
氩气流量/L/min：10；
电极材料：W-2％的钍；
电极极性：直流反接；
钨极直接/mm：1.6；
焊枪与基体表面距离/mm：2。
通过上述过程，电弧产生的热量使得预敷在碳钢基体表面的多元合金粉末迅速熔化，并向碳钢基体内部扩散，使涂层的厚度大约是4mm，见下图1。通过这种方法使原本的碳钢的基体硬度约为180HV的提高了3～4倍，最高可达到720HV，如图2。为了定性评估AlCrNiMoFeSi涂层的抗磨耗能力，利用线切割机将涂层试片切割成磨损试样，并将其表面粗糙度抛光至Ra12，然后在回转式磨损试验机上进行销盘磨损试验。试验中的磨件是经过硬化处理的GCr15轴承钢，平均硬度约为HRC61。磨损试验结束后，测量涂层的体积损耗量,如图3，图4为磨损试验的试验参数。不同滑动速度下AlCrNiMoFeSi多元合金涂层试片的磨损量远低于低碳钢基体，并且滑动速度越高，涂层的体积磨损量越小。以此大大提高了碳钢的耐磨性和硬度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种钢基表面堆焊多元合金粉末涂层以增强耐磨性和硬度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将基体材料加工成150mm×22mm×22mm的长方体试片，然后用砂纸将表面打磨干净，用丙酮清洗试片，去除表面油脂；
(2)将等摩尔比的Al、Cr、Ni、Mo粉末混合，加入混合粉末重量10-15％的Si，在行星式球磨机中以400-500r/min的转速，每隔25-30min反转一次的方式，进行混粉作业，作业时间2.5-3h；
(3)混粉结束后将其与其重量2-3％的黏结剂混合，在20钢基体试片表面上预敷成120mm×6mm×2mm的焊条，随后放入100-110℃的炉中烘烤20-26h；
(4)最后利用钨极氩弧焊机将AlCrNiMoFeSi合金粉末堆焊在20钢试片上，即可。
2.根据权利要求1所述的一种钢基表面堆焊多元合金粉末涂层以增强耐磨性和硬度的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的黏结剂为质量分数为3-5％的聚烯醇水溶液。
3.根据权利要求1所述的一种钢基表面堆焊多元合金粉末涂层以增强耐磨性和硬度的方法，其特征在于，步骤(5)中所述钨极氩弧焊机的焊接工艺参数包括：
焊接电流/A：110；
焊接电压/V：17；
焊接运行速度/cm/min：6；
氩气流量/L/min：10；
电极材料：W-2％的钍；
电极极性：直流反接；
钨极直接/mm：1.6；
焊枪与基体表面距离/mm：2。
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