CN111250719A - 一种非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末及其制备方法 - Google Patents

一种非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末及其制备方法，该粉末按质量百分含量计，包括如下成分：C0.07％‑0.2％；Si0.5％‑1.5％；Mn0.3％‑1.0％；S0‑0.03％；P0‑0.03％；Cr15.5％‑19.0％；Ni2.5％‑5％；Mo1％‑3％；B0.2％‑1.0％；Fe70％‑79％；本发明的制备方法包括以下步骤：配料：称原材料，原材料按照重量份数计硅铁1‑3份、锰铁0.5‑1.5份、铬铁15‑20份、镍板2‑5.5份、钼铁1.5‑4份、硼铁1‑3份，纯铁块70‑80份；熔炼：将铬铁、镍板、钼铁、纯铁块放入熔炼坩埚，加热熔化，浇注前5min，加入硅铁、锰铁、硼铁继续加热直至全部熔化成钢液；浇注雾化：将钢液从熔炼坩埚浇注到保温坩埚，流经雾化器及喷嘴，通过高压氮气将钢液雾化成粉末；冷却收粉：雾化完成后，待粉末冷却后收集；本发明生产效率高，制造成本低，合金粉末具有优良的耐磨性与抗腐蚀性，适合推广使用。

Description

一种非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末及其制备方法
技术领域
本发明属于激光熔覆技术领域，具体地说涉及一种非真空气雾化耐磨蚀铁 基合金粉末及其制备方法。
背景技术
激光熔覆是激光加工技术的一个重要分支，通过高能量激光束，可实现复 杂零部件的制造、表面改性及再制造修复。激光熔覆技术相较于传统工艺方法 具有不受选材限制、热应力及热变形较小以及结合强度高等优势，尤其是近年 来发展迅速的(超)高速激光熔覆技术，在节约粉末、提高熔覆效率、减少变 形、保证冶金结合强度等方面具有重要优势，在代替电镀方面又增加一项重要 技术手段。
近年来，航空航天、电子信息、能源电力、冶金机械等领域在3D打印、激 光熔覆、等离子熔覆、喷涂等技术方面对高性能合金粉末的需求越来越旺盛。 尤其对粉末材料的种类、质量以及成本等方面的要求越来越高，金属粉末的制 备朝着高纯、微细、成分和粒度可控以及低成本的方向发展。金属粉末制备技 术经过近几十年的发展已经形成了大规模的工业生产，并成功地应用于粉末冶 金等工业领域。现有技术中，对粉末的几何特性诸如颗粒尺寸、粒度分布、粉 末形貌以及不同批次产品的稳定性等方面并未形成严格的要求，且生产效率低， 使得生产成本居高不下。
因此，现有技术有待于进一步改进和发展。
发明内容
针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种非真空气雾化 耐磨蚀铁基合金粉末及其制备方法。该粉末具有良好的球形度与流动性，且制 备方式生产效率高，能有效降低生产成本。
本发明提供如下技术方案：
C：C对不锈钢的硬度及耐腐蚀有很大影响。C是提高不锈钢硬度的中重要 元素；C与Cr的亲和力很大，能和Cr形成一系列的复杂碳化物，含碳量越高，形 成的碳化物就越多，Cr的消耗量就越大，使得晶间腐蚀性能越差。因此，C的质 量比设定为0.07-0.2％。
Si：Si对不锈钢的耐氯离子腐蚀性能是有利的；但Si含量较大时，有助于碳 化铬的沉淀，促进贫铬区的形成。因此，Si的质量比设定为0.5-1.5％。
Mn：Mn能提高钢的强度，但是易和钢中的S结合成MnS夹杂。MnS在酸性 溶液中的溶解速率较大，是孔蚀的敏感点。随着Mn含量的增加合金的腐蚀率增 大，孔蚀电位下降。因此，增加合金的Mn含量对抗孔蚀是不利的。因此，Mn 的质量比设定为0.3％-1.0％。
S和P：S和P在一般不锈钢中是常有杂质元素，均降低不锈钢的腐蚀性能。 因此，S和P的质量比设定为≤0.03％。
Cr：Cr是增加不锈钢耐蚀性能的基本元素之一，是提高钢的钝化膜的修复 能力或称再生能力，提高不锈钢的耐点蚀性能。Cr含量增加有利于贫铬区与富 铬区含铬量的平衡，降低晶间腐蚀的敏感性。因此，Cr的质量比设定为 15.5％-19.0％。
Ni：Ni是优良的耐腐蚀材料，也镍是不锈钢的主要元素之一，提高奥氏体 含量，同时提高钢的抗腐蚀能力。因此，Ni的质量比设定为15.5％-19.0％。
Mo：Mo能降低不锈钢表面钝化膜中的缺陷浓度，使不锈钢表面生成很致密 而牢固的钝化膜，显著提高不锈钢在各种酸中的耐蚀性，尤其是抗氯离子点蚀 性能。因此，Mo的质量比设定为1％-3％。
B：B能显著提高不锈钢的硬度及强度，但过多的B会导致裂纹倾向。因此， B的质量比设定为0.2％-1％。
根据以上分析，一种非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末，按质量百分含量 计，包括如下成分：
Figure BDA0002384446710000021
Figure BDA0002384446710000031
优选的，一种非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末，按质量百分含量计，包 括如下成分：C0.14％、Si0.75％、Mn0.35％、Cr17.35％、Ni3.28％、Mo2.05％、 B0.35％、Fe75.66％。
优选的，一种非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末，按质量百分含量及，包 括如下成分：C 0.12％、Si 0.92％、Mn 0.46％、Cr 15.82％、Ni 4.41％、Mo 1.33％、 B 0.41％、Fe 76.46％。
优选的，一种非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末，按质量百分含量及，包 括如下成分：C 0.12％、Si 1.03％、Mn 0.48％、Cr 16.67％、Ni 4.15％、Mo 2.57％、 B 0.31％、Fe 74.6％。
优选的，一种非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末，按质量百分含量及，包 括如下成分：C 0.09％、Si 1.31％、Mn 0.36％、Cr 16.98％、Ni 3.85％、Mo 2.85％、 B 0.52％、Fe 74.97％。
优选的，一种非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末，按质量百分含量及，包 括如下成分：C 0.08％、Si 0.87％、Mn 0.86％、Cr 16.28％、Ni 3.90％、Mo 1.82％、 B 0.46％、Fe 75.66％。
一种非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末的制备方法，包括如下步骤：
(1)配料：称重制粉用原材料，原材料按照重量份数计包括硅铁1-3份、锰 铁0.5-1.5份、铬铁15-20份、镍板2-5.5份、钼铁1.5-4份、硼铁1-3份，纯铁块70-80 份；
(2)熔炼：将铬铁、镍板、钼铁、纯铁块放入熔炼坩埚，加热熔化，浇注 前5min，加入硅铁、锰铁、硼铁继续加热直至全部熔化成钢液；
(3)浇注雾化：将钢液从熔炼坩埚浇注到保温坩埚，流经雾化器及喷嘴， 通过高压氮气将钢液雾化成粉末；
(4)冷却收粉：雾化完成后，待粉末冷却后收集；
优选的，铬铁、镍板、钼铁、纯铁块放入熔炼坩埚后，加热至1300-1400℃ 进行金属熔化；加入硅铁、锰铁、硼铁后加热至1500-1600℃进行金属熔化。
优选的，所述高压氮气压力为2-5Mpa。
优选的，对收集的粉末进行筛粉处理，筛分出53-150μm粒径粉。
有益效果：
本发明非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末及其制备方法，该制备方法，基 于耐磨蚀工况用零部件的新品制造或废旧产品再制造，开发的适用耐磨蚀铁基 合金粉末配方，制造成本低廉，所制备的合金粉末，具有球形度高、流动性好、 松装密度高等优点，对于激光熔覆有良好的送粉流动性及上粉率。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面对本发 明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领 域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同 实施例，都应当属于本申请保护的范围。
以下为本发明具体实施例：
具体实施例1：
一种非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末的制备方法如下：
(1)配料：将所需各种制粉原材料，如锰铁、硅铁、铬铁、镍板等，严格 按照配方要求称重备用；
(2)熔炼：采用非真空气雾化制粉***进行制粉，首先将不易烧损的原材 料(如铬铁、镍板、纯铁块等)放入熔炼坩埚，设备通电加热将其熔化成钢液 化清(1300-1400℃)，将钢液表面杂质进行清理，浇注前5分钟，加入易烧损原 材料(主要为脱氧类原材料，如硅铁、锰铁、硼铁等)继续加热(1500-1600℃) 直至全部熔化；
(3)浇注雾化：将钢液从熔炼坩埚浇注到保温坩埚，流经雾化器及喷嘴， 通过高压氮气(压力2-5Mpa)将钢液雾化成粉末；
(4)冷却收粉：雾化完成后，待收粉器内粉末冷却后进行收粉处理；
(5)筛粉：采用振动筛，筛分出53-150μm粒径粉末；
(6)合批：将若干炉筛分后的粉末进行合批混粉；
(7)真空包装：由于粉末在大气环境下，易受潮、氧化，需要对合批后的 粉末及时真空包装，根据真空袋，每袋1-50kg，以便后续发货。
所得铁基合金粉末质量百分比如下：C0.14％、Si0.75％、Mn0.35％、Cr17.35％、 Ni3.28％、Mo2.05％、B0.35％、Fe75.66％，余量为不可避免的杂质。
具体实施例2：
一种非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末的制备方法如下：
(1)配料：将所需各种制粉原材料，如锰铁、硅铁、铬铁、镍板等，严格 按照配方要求称重备用；
(2)熔炼：采用非真空气雾化制粉***进行制粉，首先将不易烧损的原材 料(如铬铁、镍板、纯铁块等)放入熔炼坩埚，设备通电加热将其熔化成钢液 化清(1300-1400℃)，将钢液表面杂质进行清理，浇注前5分钟，加入易烧损原 材料(主要为脱氧类原材料，如硅铁、锰铁、硼铁等)继续加热(1500-1600℃) 直至全部熔化；
(3)浇注雾化：将钢液从熔炼坩埚浇注到保温坩埚，流经雾化器及喷嘴， 通过高压氮气(压力2-5Mpa)将钢液雾化成粉末；
(4)冷却收粉：雾化完成后，待收粉器内粉末冷却后进行收粉处理；
(5)筛粉：采用振动筛，筛分出53-150μm粒径粉末；
(6)合批：将若干炉筛分后的粉末进行合批混粉；
(7)真空包装：由于粉末在大气环境下，易受潮、氧化，需要对合批后的 粉末及时真空包装，根据真空袋，每袋1-50kg，以便后续发货。
所得铁基合金粉末质量百分比如下：C0.12％、Si0.92％、Mn0.46％、Cr15.82％、 Ni4.41％、Mo1.33％、B0.41％、Fe76.46％，余量为不可避免的杂质。
具体实施例3：
一种非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末的制备方法如下：
(1)配料：将所需各种制粉原材料，如锰铁、硅铁、铬铁、镍板等，严格 按照配方要求称重备用；
(2)熔炼：采用非真空气雾化制粉***进行制粉，首先将不易烧损的原材 料(如铬铁、镍板、纯铁块等)放入熔炼坩埚，设备通电加热将其熔化成钢液 化清(1300-1400℃)，将钢液表面杂质进行清理，浇注前5分钟，加入易烧损原 材料(主要为脱氧类原材料，如硅铁、锰铁、硼铁等)继续加热(1500-1600℃) 直至全部熔化；
(3)浇注雾化：将钢液从熔炼坩埚浇注到保温坩埚，流经雾化器及喷嘴， 通过高压氮气(压力2-5Mpa)将钢液雾化成粉末；
(4)冷却收粉：雾化完成后，待收粉器内粉末冷却后进行收粉处理；
(5)筛粉：采用振动筛，筛分出53-150μm粒径粉末；
(6)合批：将若干炉筛分后的粉末进行合批混粉；
(7)真空包装：由于粉末在大气环境下，易受潮、氧化，需要对合批后的 粉末及时真空包装，根据真空袋，每袋1-50kg，以便后续发货。
所得铁基合金粉末质量百分比如下：C0.12％、Si1.03％、Mn0.48％、Cr16.67％、 Ni4.15％、Mo2.57％、B0.31％、Fe74.6％，余量为不可避免的杂质。
具体实施例4：
一种非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末的制备方法如下：
(1)配料：将所需各种制粉原材料，如锰铁、硅铁、铬铁、镍板等，严格 按照配方要求称重备用；
(2)熔炼：采用非真空气雾化制粉***进行制粉，首先将不易烧损的原材 料(如铬铁、镍板、纯铁块等)放入熔炼坩埚，设备通电加热将其熔化成钢液 化清(1300-1400℃)，将钢液表面杂质进行清理，浇注前5分钟，加入易烧损原 材料(主要为脱氧类原材料，如硅铁、锰铁、硼铁等)继续加热(1500-1600℃) 直至全部熔化；
(3)浇注雾化：将钢液从熔炼坩埚浇注到保温坩埚，流经雾化器及喷嘴， 通过高压氮气(压力2-5Mpa)将钢液雾化成粉末；
(4)冷却收粉：雾化完成后，待收粉器内粉末冷却后进行收粉处理；
(5)筛粉：采用振动筛，筛分出53-150μm粒径粉末；
(6)合批：将若干炉筛分后的粉末进行合批混粉；
(7)真空包装：由于粉末在大气环境下，易受潮、氧化，需要对合批后的 粉末及时真空包装，根据真空袋，每袋1-50kg，以便后续发货。
所得铁基合金粉末质量百分比如下：C0.09％、Si1.31％、Mn0.36％、Cr16.98％、 Ni3.85％、Mo2.85％、B0.52％、Fe74.97％，余量为不可避免的杂质。
具体实施例5：
一种非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末的制备方法如下：
(1)配料：将所需各种制粉原材料，如锰铁、硅铁、铬铁、镍板等，严格 按照配方要求称重备用；
(2)熔炼：采用非真空气雾化制粉***进行制粉，首先将不易烧损的原材 料(如铬铁、镍板、纯铁块等)放入熔炼坩埚，设备通电加热将其熔化成钢液 化清(1300-1400℃)，将钢液表面杂质进行清理，浇注前5分钟，加入易烧损原 材料(主要为脱氧类原材料，如硅铁、锰铁、硼铁等)继续加热(1500-1600℃) 直至全部熔化；
(3)浇注雾化：将钢液从熔炼坩埚浇注到保温坩埚，流经雾化器及喷嘴， 通过高压氮气(压力2-5Mpa)将钢液雾化成粉末；
(4)冷却收粉：雾化完成后，待收粉器内粉末冷却后进行收粉处理；
(5)筛粉：采用振动筛，筛分出53-150μm粒径粉末；
(6)合批：将若干炉筛分后的粉末进行合批混粉；
(7)真空包装：由于粉末在大气环境下，易受潮、氧化，需要对合批后的 粉末及时真空包装，根据真空袋，每袋1-50kg，以便后续发货。
所得铁基合金粉末质量百分比如下：C0.08％、Si0.87％、Mn0.86％、Cr16.28％、 Ni3.90％、Mo1.82％、B0.46％、Fe75.66％，余量为不可避免的杂质。
具体实施例6：
一种非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末的制备方法如下：
(1)配料：将所需各种制粉原材料，如锰铁、硅铁、铬铁、镍板等，严格 按照配方要求称重备用；
(2)熔炼：采用非真空气雾化制粉***进行制粉，首先将不易烧损的原材 料(如铬铁、镍板、纯铁块等)放入熔炼坩埚，设备通电加热将其熔化成钢液 化清(1300-1400℃)，将钢液表面杂质进行清理，浇注前5分钟，加入易烧损原 材料(主要为脱氧类原材料，如硅铁、锰铁、硼铁等)继续加热(1500-1600℃) 直至全部熔化；
(3)浇注雾化：将钢液从熔炼坩埚浇注到保温坩埚，流经雾化器及喷嘴， 通过高压氮气(压力2-5Mpa)将钢液雾化成粉末；
(4)冷却收粉：雾化完成后，待收粉器内粉末冷却后进行收粉处理；
(5)筛粉：采用振动筛，筛分出53-150μm粒径粉末；
(6)合批：将若干炉筛分后的粉末进行合批混粉；
(7)真空包装：由于粉末在大气环境下，易受潮、氧化，需要对合批后的 粉末及时真空包装，根据真空袋，每袋1-50kg，以便后续发货。
所得铁基合金粉末质量百分比如下：C0.07％、Si1.08％、Mn0.42％、Cr17.06％、 Ni4.25％、Mo2.31％、B0.26％、Fe74.48％，余量为不可避免的杂质。
以上具体实施例1-具体实施例6的成分汇总如表1所示：
表1具体实施例成分汇总
Figure BDA0002384446710000081
具体实施例:7
对具体实施例1-具体实施例6进行相关试验:
试验条件:选用直径φ100mm，壁厚δ25mm的27SiMn管材，表面车削加工 后，分别采用实施例1-6生产的合金粉末，采用4kw激光熔覆加工***对工件表 面进行激光熔覆，采用工艺参数：1400w功率，熔覆3层，厚度2.5-3mm。熔覆完 成，对熔覆层表面进行车削、磨削处理。
(1)粉末流动性试验：对具体实施例1-具体实施例6生产的合金粉末，分别 采用霍尔流速计对其进行测定；
(2)粉末松装密度试验：对具体实施例1-具体实施例6生产的合金粉末，分 别采用松装密度测试仪对其进行测定；
(3)熔覆工件表面硬度试验：对具体实施例1-具体实施例6生产的合金粉末 熔覆加工后的工件表面，采用便携式里氏硬度计进行测定；
(4)熔覆工件表面铜加速乙酸盐雾试验：采用盐雾试验箱，根据GB/T 10125-2012(人造气氛腐蚀试验盐雾试验)要求，配比铜加速乙酸盐雾试验 (CASS)溶液，试验箱温度：50±1℃，饱和筒温度：63±1℃；将实施例1-6生产 合金粉末熔覆加工后的工件放到以上盐雾试验箱中96h，然后观察分析其表面腐 蚀情况。
以上试验结果如表2所示：
表2：具体实施例1-具体实施例6相关试验结果
实施例 流动性 松装密度 熔覆层硬度 耐腐蚀程度
实施例1 17.2s/50g 4.25g/cm3 51.3HRC 无点蚀
实施例2 17.1s/50g 4.28g/cm3 50.6HRC 无点蚀
实施例3 16.8s/50g 4.30g/cm3 49.2HRC 1个点蚀、无扩展
实施例4 16.8s/50g 4.32g/cm3 49.5HRC 2个点蚀、无扩展
实施例5 17.0s/50g 4.26g/cm3 50.2HRC 无点蚀
实施例6 16.9s/50g 4.35g/cm3 50.5HRC 无点蚀
以上结果说明，具体实施例1-具体实施例6粉末在流动性、松装密度、硬度 及耐腐蚀方面，完全满足使用要求。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已， 当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍 属本发明涵盖范围内。

Claims (10)

1.一种非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末，其特征在于，按质量百分含量计，包括如下成分：
Figure FDA0002384446700000011
2.根据权利要求1所述的非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末，其特征在于，按质量百分含量计，包括如下成分：C0.14％、Si0.75％、Mn0.35％、Cr17.35％、Ni3.28％、Mo2.05％、B0.35％、Fe75.66％。
3.根据权利要求1所述的非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末，其特征在于，按质量百分含量计，包括如下成分：C 0.12％、Si 0.92％、Mn 0.46％、Cr 15.82％、Ni 4.41％、Mo 1.33％、B 0.41％、Fe 76.46％。
4.根据权利要求1所述的非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末，其特征在于，按质量百分含量计，包括如下成分：C 0.12％、Si 1.03％、Mn 0.48％、Cr 16.67％、Ni 4.15％、Mo 2.57％、B 0.31％，Fe 74.6％。
5.根据权利要求1所述的非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末，其特征在于，按质量百分含量计，包括如下成分：C 0.09％、Si 1.31％、Mn 0.36％、Cr 16.98％、Ni 3.85％、Mo 2.85％、B 0.52％，Fe 74.97％。
6.根据权利要求1所述的非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末，其特征在于，按质量百分含量计，包括如下成分：C 0.08％、Si 0.87％、Mn 0.86％、Cr 16.28％、Ni 3.90％、Mo 1.82％、B 0.46％，Fe 75.66％。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)配料：称重制粉用原材料，原材料按照重量份数计包括硅铁1-3份、锰铁0.5-1.5份、铬铁15-20份、镍板2-5.5份、钼铁1.5-4份、硼铁1-3份，纯铁块70-80份；
(2)熔炼：将铬铁、镍板、钼铁、纯铁块放入熔炼坩埚，加热熔化，浇注前5min，加入硅铁、锰铁、硼铁继续加热直至全部熔化成钢液；
(3)浇注雾化：将钢液从熔炼坩埚浇注到保温坩埚，流经雾化器及喷嘴，通过高压氮气将钢液雾化成粉末；
(4)冷却收粉：雾化完成后，待粉末冷却后收集。
8.根据权利要求7所述的非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末及其制备方法，其特征在于，铬铁、镍板、钼铁、纯铁块放入熔炼坩埚后，加热至1300-1400℃进行金属熔化；加入硅铁、锰铁、硼铁后加热至1500-1600℃进行金属熔化。
9.根据权利要求7所述的非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末及其制备方法，其特征在于，所述高压氮气压力为2-5Mpa。
10.根据权利要求7所述的非真空气雾化耐磨蚀铁基合金粉末及其制备方法，其特征在于，对收集的粉末进行筛粉处理，筛分出53-150μm粒径粉。
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