一种用于电弧喷涂制备铁基耐磨涂层的含稀土粉芯丝材及涂层制备方法，属于材料加工工程中的热喷涂领域。粉芯丝材外皮所用带材为低碳钢带；粉芯丝材填充率28‑32％。粉芯成分质量百分比为硼铁粉75‑85％，碳化硼粉10‑15％，稀土硅铁2‑10％，75#硅铁0‑5％，还原铁粉余量。采用电弧喷涂技术制备具有较高耐磨性的铁基涂层，喷涂工艺：电压28‑32V；电流200‑220A；喷涂距离180‑220mm；压缩空气压力0.4‑0.6MPa，喷涂层厚度为800‑1000μm。所得涂层具有高的硬度和良好的耐磨性能。
Preparation of rare earth cored wire and coating for iron base wear-resistant coating prepared by arc spraying
The invention relates to a rare earth cored wire material and coating preparation method for preparing iron based wear-resistant coating by arc spraying, and belongs to the field of thermal spraying in material processing engineering. The strip used for cored wire outer covering is low carbon steel strip, and the filling rate of cored wire is 28 32%. The mass percentage of powder core composition is boron iron powder 75, 85%, boron carbide powder 10 ~ 15%, rare earth ferrosilicon 2 2 10%, 75# silicon iron 0 0 5%, reduced iron powder allowance. An iron based coating with high wear resistance was prepared by arc spraying. The spraying process: voltage 28 32V, current 200 220A, spraying distance 180 220mm, compressed air pressure 0.4 0.6MPa, spraying layer thickness of 800 1000 mu m. The coating has high hardness and good wear resistance.
【技术实现步骤摘要】
一种用于电弧喷涂制备铁基耐磨涂层的含稀土粉芯丝材及涂层制备方法
本专利技术属于材料加工工程中的热喷涂领域，涉及一种粉芯丝材、涂层的制备方法。该专利技术主要应用到需要较高耐磨性的工业领域，尤其是循环流化床锅炉水冷壁上。
技术介绍
磨损是循环流化床锅炉水冷壁失效的主要形式。循环流化床锅炉在正常运行时，内部核心区的颗粒团向上流动，外部环状区的固体颗粒群以一定的厚度沿炉膛水冷壁表面向下回流,形成内循环回路。在循环过程中，因受核心区上升颗粒的影响，沿水冷壁表面向下回流的颗粒被上升气流曳起,造成涡旋流，涡旋区的颗粒浓度特别高,而且颗粒运动剧烈，动能大大增加，这就是CFB循环流化床锅炉水冷壁管磨损的主要原因。磨损问题会严重影响锅炉使用寿命及运行安全性。国内对循环流化床锅炉的防护在不断发展当中，表面防护起到了很好的效果，其中电弧喷涂技术具有高生产效率、较低的生产成本、涂层质量优良、可以大面积原位修复等优点，在未来的锅炉水冷壁防护中拥有广阔的发展前景，因此，研究高硬度的耐磨电弧喷涂层成为亟待解决的问题。目前实际应用中通常采用Ni基合金涂层解决水冷壁磨损与腐蚀问题并且效果良好。然而，由于Ni基涂层成本过高，其应用推广受到很大限制。陶瓷类材料具有高硬度、耐高温、耐腐蚀,耐磨损的优良性能,但是它们的致命弱点就是脆性大和隔热等问题。纯陶瓷涂层不能抵御冲击载荷下的应力作用,易脆断、剥落。相比之下，Fe基合金价格低，因此开发新型Fe基耐磨损涂层成为该领域的研究热点和重点。本专利技术利用电弧喷涂工艺制备Fe基耐磨涂层，获得性能优良的耐磨涂层，为缓解循环流化床锅炉的磨损问题做出贡献。经检索，目前未见电弧喷涂制备含稀土的FeBC耐磨涂层的专利报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于电弧喷涂制备铁基耐磨涂层的含稀土粉芯丝材及涂层制备方法。本专利技术的粉芯丝材所制备的涂层具有很高的硬度及耐磨性，能够有效缓解循环流化床锅炉水冷壁的磨损问题。本专利技术的一种用于电弧喷涂制备铁基耐磨涂层的含稀土粉芯丝材，其特征在于：所述丝材的粉芯成分质量百分含量范围如下：硼铁粉75-85％，碳化硼粉10-15％，稀土硅铁2-10％，75#硅铁0-5％，还原铁粉余量；丝材外皮为低碳钢带，粉芯丝材填充率为28-32％，直径为2mm。进一步，硼铁粉中含硼量优选为18wt％；碳化硼粉含硼量优选为88wt％，含C量为12wt％；稀土硅铁含稀土元素优选为30wt％，硅元素为38wt％。75#硅铁中含Si量为75wt％。采用本专利技术上述粉芯丝材制备一种具有高耐磨性的电弧喷涂层，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，配置粉芯，丝材轧制减径，获得直径为2mm的粉芯丝材；步骤2，采用电弧喷涂工艺制备涂层，喷涂工艺参数为：电压28-32V；电流200-220A；喷涂距离180-220mm；压缩空气压力0.4-0.6MPa，喷涂层厚度为800-1000μm。所述喷涂工艺进行优化，将喷涂工艺参数设定为：电压30-32V；电流200-210A；喷涂距离：200mm；压缩空气压力：0.5-0.6MPa。采用上述方法制备的含稀土的FeBC电弧喷涂层，硬度较高，孔隙率和氧含量均处于较低水平，具有良好的磨性性能，可以应用到循环流化床锅炉水冷壁上，提高锅炉使用的安全性。良好的耐磨性能是由其自身组分所决定的，采用本专利技术方法制备的涂层得物相主要为：α-Fe，Fe2B，Fe2C，CFe15。Fe元素：是自然界中较为丰富的金属元素，Fe基合金相比Ni基合金具有很高的性价比，适合于制备具有较好的综合性能的表面强化层。B元素：B元素属于轻合金元素，可以通过优先氧化、形成氧化膜等形式，达到很好的脱氧效果；当B元素含量超过3.8％时，会生成Fe2B硬质相，显著提高涂层硬度和耐磨性。RE元素：进一步脱氧，细化晶粒，使组织更加均匀致密，对硬质相形成元素B元素形成有效保护，从而增加硬质相数量，提高硬度和磨性。本专利技术提供一种用于电弧喷涂制备铁基耐磨涂层的含稀土粉芯丝材及涂层制备方法，具有以下显著的优点：1.本专利技术采用的电弧喷涂技术，工艺简便，稳定性好。2.本专利技术中粉芯丝材中添加的合金粉末价格低廉，成本较低，除少量稀土元素外，无其他的贵重金属元素。3.本专利技术制备的含稀土的Fe基耐磨喷涂层，组织均匀致密，氧含量和孔隙率均较低，具有高的硬度和良好的耐磨性能。附图说明图1实施例4涂层X射线衍射图谱；图2实施例4涂层截面形貌；图3实施例4涂层磨损形貌；具体实施方式下面通过实施例进一步阐明本专利技术的实质性特点和显著优点，本专利技术绝非仅局限于所陈述的实施例。实施例中粉芯丝材外皮选用规格为12x0.3mm(宽度为12mm，厚度为0.3mm)的低碳钢带，粉芯丝材药芯成分在实施例中具体说明，通过已有粉芯丝材轧制技术，将粉芯丝材经逐道拉拔减径至2mm；硼铁粉中含硼量为18wt％；碳化硼粉含硼量为88wt％，含C量为12wt％；稀土硅铁含稀土元素优选为30wt％，硅元素含量为38wt％，稀土元素主要为镧、铈。喷涂基体采用尺寸为57mm×25mm×6mm的Q235基体。对比例1硼铁粉80％，碳化硼粉10％，稀土硅铁0％，75#硅铁5％，还原铁粉余量。填充率为32％，轧制粉芯丝材。制备喷涂层所用工艺参数：电压30-32V；电流200-210A；喷涂距离：200mm；压缩空气压力：0.5-0.6MPa。实施例2硼铁粉80％，碳化硼粉10％，稀土硅铁2.5％，75#硅铁3.75％，还原铁粉余量。填充率为32％，轧制粉芯丝材。制备喷涂层所用工艺参数：电压30-32V；电流200-210A；喷涂距离：200mm；压缩空气压力：0.5-0.6MPa。实施例3硼铁粉80％，碳化硼粉10％，稀土硅铁5％，75#硅铁2.5％，还原铁粉余量。填充率为32％，轧制粉芯丝材。制备喷涂层所用工艺参数：电压30-32V；电流200-210A；喷涂距离：200mm；压缩空气压力：0.5-0.6MPa。实施例4硼铁粉80％，碳化硼粉10％，稀土硅铁10％，75#硅铁0％，还原铁粉余量。填充率为32％，轧制粉芯丝材。制备喷涂层所用工艺参数：电压30-32V；电流200-210A；喷涂距离：200mm；压缩空气压力：0.5-0.6MPa。实施例和对比例性能检测如下所述：1.实施例及对比例所制备涂层进行氧含量测试，采用德国BRUKER公司的G8Galileo氧氮氢分析仪对喷涂层的氧含量进行测试。仪器使用前预热1h。选用氧含量1.09％的标准样进行仪器校准。用来测量的涂层是沿试样横截面获得，具有代表性。每个涂层试样测量三次取平均值。2.实施例及对比例所制备涂层进行显微硬度测试，试验设备为HXD-1000数字式显微硬度计，载荷为50g，加载时间为10s，等距离取20个点，计算平均值。3.实施例及对比例所制备涂层进行磨粒磨损试验测试，以40-70目的石英砂作为磨料，用湿橡胶轮式磨粒磨损试验机做磨损试验，试验参数为：橡胶轮转速240r/min，载荷100N，磨料为40-70目的石英砂，预磨1000r，精磨3000r。用天平称量出磨损前后试件的重量，计算磨损失重量。以Q235基体作为磨损试验的对比样。实施例与对比例的相对耐磨性见表1。相同磨损条件下，本专利技术所制备的Fe基涂层具有很好的耐磨性。综合考虑实施例及本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于电弧喷涂制备铁基耐磨涂层的含稀土粉芯丝材，其特征在于：所述丝材的成分质量百分含量范围如下：硼铁粉75‑85％，碳化硼粉10‑15％，稀土硅铁2‑10％，75#硅铁0‑5％，还原铁粉余量；丝材外皮为低碳钢带，粉芯丝材填充率为28‑32％。
【技术特征摘要】
1.一种用于电弧喷涂制备铁基耐磨涂层的含稀土粉芯丝材，其特征在于：所述丝材的成分质量百分含量范围如下：硼铁粉75-85％，碳化硼粉10-15％，稀土硅铁2-10％，75#硅铁0-5％，还原铁粉余量；丝材外皮为低碳钢带，粉芯丝材填充率为28-32％。2.按照权利要求1所述的一种用于电弧喷涂制备铁基耐磨涂层的含稀土粉芯丝材，其特征在于：丝材直径为2mm。3.按照权利要求1所述的一种用于电弧喷涂制备铁基耐磨涂层的含稀土粉芯丝材，其特征在于：所述粉芯丝材外皮所用带材为低碳钢带。4.按照权利要求1所述的一种用于电弧喷涂制备铁基耐磨涂层的含稀土粉芯丝材，其特征在于：硼铁粉中含硼量优选为18wt％；碳化硼粉含硼量优选为88wt％，含C量为12wt％；稀土硅铁含稀土元素优选为30wt％，硅元素38wt％；硼铁粉中含硼量为18％，碳化硼粉含硼量为88％，含C量为12％。5.按...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺定勇，蒋媛媛，周正，王国红，王曾洁，吴旭，谈震，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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