耐磨药芯组合物、耐磨焊丝及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及耐磨药芯组合物、耐磨焊丝及其制备方法与应用。所述耐磨药芯组合物包括耐磨材料和余量的填充材料；所述耐磨材料占所述耐磨药芯组合物的0.6wt.％～10wt.％；所述耐磨材料包括金刚石颗粒；所述填充材料包括过渡金属氧化物粉末和镍基合金粉末；所述过渡金属氧化物粉末占所述填充材料的12wt.％～65wt.％。所述耐磨药芯组合物以金刚石颗粒为耐磨增强材料，在用于焊接或钎涂时形成耐磨涂层；以过渡金属氧化物用作填充材料，有利于降低金刚石的热损伤，提高其钎焊活性，同时降低熔覆金属的线膨胀系数。

Wear resistant flux core composition, wear resistant welding wire and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
耐磨药芯组合物、耐磨焊丝及其制备方法与应用
本专利技术涉及耐磨材料领域，具体而言，涉及耐磨药芯组合物、耐磨焊丝及其制备方法与应用。
技术介绍
耐磨堆焊是用焊接的方法将具有耐磨性能的材料堆敷在工件表面上的一种工艺过程，其目的不在于实现工件之间的连接，而在于使工件表面获得耐磨性好的堆敷金属层，以提高焊件的使用寿命，节省制造及维修费用，缩短修理和更换关键零部件的时间，减少停机、停产的损失，从而提高生产效率，降低生产成本。堆焊金属中常采用碳化物(如碳化钨、碳化铬、碳化钛等)作为硬质相，以提高堆焊金属的耐磨性。然而，金刚石作为目前已知的最硬物质，在耐磨堆焊中却鲜有采用。究其原因，金刚石在高温条件下热稳定性较差，而堆焊过程中电弧温度极高，这正是限制金刚石在耐磨堆焊领域应用最重要的原因。由碳的相图可知，金刚石在常温常压下处于亚稳态。因此，金刚石容易被氧化及在高温下发生石墨化，从而对金刚石造成热损伤，这会严重影响堆焊层金属的耐磨性。钎涂技术作为一种金刚石涂层制造方法已在国内外广泛应用，其采用钎料合金粉、金刚石颗粒的粉状钎涂材料或钎料合金粉、金刚石颗粒与粘结剂组成的膏状钎涂材料，相比堆焊来说加热温度稍低，在钎涂加热过程中钎料合金熔化形成毛细作用，使合金紧密包裹金刚石颗粒，金刚石颗粒与钎料合金发生冶金结合，形成耐磨金刚石涂层。但目前钎涂金刚石涂层均是采用炉中加热，生产效率低，所需周期长，不能适应在役流程工业装备快速更换金刚石涂层耐磨零部件的需要。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供耐磨药芯组合物及其耐磨焊丝。所述耐磨药芯组合物以金刚石颗粒为耐磨、增强材料，在用于焊接或钎涂时在工件表面形成耐磨涂层；以特定用量的过渡金属氧化物用作填充材料，有利于降低金刚石颗粒的热损伤，提高金刚石颗粒的钎焊活性，同时降低熔覆金属的线膨胀系数，使熔覆金属与金刚石颗粒的线膨胀系数更匹配，防止金刚石颗粒在焊接热应力作用下产生裂纹。在此基础上，耐磨焊丝的外皮通过熔滴过渡到工件表面，质软，能够形成金刚石涂层与工件之间的应力缓冲层，避免工件表面所形成的金刚石涂层开裂。本专利技术还提供了上述耐磨焊丝的制备方法，所述方法简单高效、连续性强，成本可控，周期短，有利于大规模工业推广。本专利技术还提供了上述耐磨药芯组合物和耐磨焊丝在耐磨钎涂材料方面的应用。在用于耐磨钎涂材料时，所述耐磨药芯组合物和所述耐磨焊丝能够实现在线连续钎涂，极大地提高了钎涂效率，在役流程工业装备的复杂工况环境下适应性强。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：所述耐磨药芯组合物，其包括耐磨材料和填充材料；所述耐磨材料占所述耐磨药芯组合物的0.6wt.％～10wt.％；所述耐磨材料包括金刚石颗粒；所述填充材料包括过渡金属氧化物粉末和镍基合金粉末，其中，过渡金属氧化物粉末所占的比重为12wt.％～65wt.％。可选地，所述过渡金属氧化物选自VB族或VIB族元素的金属氧化物中的至少一种。可选地，所述过渡金属氧化物粉末包括氧化铌粉末和氧化钼粉末；两者的质量比为6～25：6～40。可选地，所述过渡金属氧化物粉末的粒度为140目～1000目。可选地，所述氧化铌粉末和所述氧化钼粉末的粒度可以选自140目、150目、180目、200目、250目、300目、350目、400目、450目、500目、550目、600目、650目、700目、750目、800目、850目、900目、950目以及1000目，任意点值之间的范围的粒度。可选地，所述金刚石颗粒为经过表面活化的金刚石颗粒。可选地，所述金刚石颗粒的粒度为140目～600目。可选地，所述金刚石颗粒的粒度可以选自140目、150目、180目、200目、250目、300目、350目、400目、450目、500目、550目以及600目，任意点值之间的范围的粒度。可选地，所述镍基合金粉末选自BNi73CrFeSiB(C)、BNi74CrFeSiB、BNi82CrSiBFe、BNi78CrSiBCuMoNb或BNi66MnSiCu中的至少一种。可选地，所述镍基合金粉末为粒度45μm～350μm的球形或近球形。本专利技术中，耐磨药芯组合物以金刚石颗粒为耐磨、增强材料，以过渡金属氧化物用作填充材料，尤其是氧化铌和氧化钼，在用于焊接或钎涂时，金刚石表面的盐膜吸收电弧的热量分解，产生的氨气能够降低氩气氛围的氧分压，提高钎涂过程中气氛保护效果；产生的氧化钼和氧化铌，与金刚石反应形成钼和铌的金属膜，附着在金刚石层的表面，能够降低高温下金刚石颗粒热损伤的同时提高金刚石颗粒的钎焊活性。再有，碳还原氧化钼和氧化铌产生的铌和钼溶解在熔覆金属中，能够降低熔覆金属的线膨胀系数，使熔覆金属与金刚石颗粒的线膨胀系数更匹配，降低金刚石颗粒的焊接热应力，防止金刚石颗粒在焊接热应力作用下产生裂纹。另外，未反应的氧化铌和氧化钼熔化附着在钎涂层表面，会使涂层缓慢冷却，防止金刚石涂层氧化，避免冷却速度过快造成金刚石涂层开裂。作为本专利技术的一种实施方式，所述耐磨药芯组合物包括表面活化的金刚石颗粒0.6wt.％～10wt.％、氧化铌6wt.％～25wt.％、氧化钼6wt.％～40wt.％、余量为镍基合金粉。根据本专利技术的另一目的，提供了耐磨焊丝；以质量分数计，所述耐磨焊丝包括60wt.％～80wt.％的药芯和20wt.％～40wt.％的外皮；所述药芯选自上述任一耐磨药芯组合物；所述外皮的材质选自镍、铜、银、铁以及它们各自的合金中的至少一种。可选地，所述外皮的材质为镍。可选地，所述耐磨焊丝的直径为0.8mm～2.0mm。可选地，所述耐磨焊丝的直径可以独立地选自0.8mm、0.9mm、1mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm、2mm，以及选自上述任意点值之间的范围的直径。可选地，所述外皮的厚度为0.1mm～0.3mm。可选地，所述外皮的厚度可以独立地选自0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm，以及选自上述任意点值之间的范围的厚度。本专利技术中，在用于焊接或钎涂时，纯镍外皮起弧生成大量的热，熔化纯镍外皮和药芯粉末，使其附着在工件表面，形成耐磨的金刚石涂层。在电弧作用下，纯镍外皮通过熔滴过渡到工件表面，质软，能够形成金刚石涂层与工件之间的应力缓冲层，避免金刚石涂层开裂。根据本专利技术的另一目的，提供了上述耐磨焊丝的制备方法，所述方法包括步骤：a1)将混合均匀的填充材料与金刚石颗粒混合均匀，获得耐磨药芯组合物；b1)将步骤a1)所得的耐磨药芯组合物送入由外皮材料形成的凹槽中，经过合口、多道拉拔后，形成耐磨焊丝。可选地，步骤a1)中，填充材料采用球磨机混合，球磨机转速为200r/min～250r/min，球磨时间为0.5h～2h。可选地，所述球磨机的球磨罐为陶瓷材质。可选地，所述填充材料与所述球磨机中研磨球的质量比为1:1～2；所述研磨球为高铬铸铁研磨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.耐磨药芯组合物，其特征在于，所述耐磨药芯组合物包括耐磨材料和填充材料；/n所述耐磨材料占所述耐磨药芯组合物的0.6wt.％～10wt.％；所述耐磨材料包括金刚石颗粒；/n所述填充材料包括过渡金属氧化物粉末和镍基合金粉末；所述过渡金属氧化物粉末占所述填充材料的12wt.％～65wt.％。/n

【技术特征摘要】
1.耐磨药芯组合物，其特征在于，所述耐磨药芯组合物包括耐磨材料和填充材料；
所述耐磨材料占所述耐磨药芯组合物的0.6wt.％～10wt.％；所述耐磨材料包括金刚石颗粒；
所述填充材料包括过渡金属氧化物粉末和镍基合金粉末；所述过渡金属氧化物粉末占所述填充材料的12wt.％～65wt.％。


2.根据权利要求1所述的耐磨药芯组合物，其特征在于，所述过渡金属氧化物选自VB族或VIB族元素的金属氧化物中的至少一种；
优选地，所述过渡金属氧化物粉末包括氧化铌粉末和氧化钼粉末；所述氧化铌粉末与所述氧化钼粉末的质量比为(6～25)：(6～40)；
优选地，所述氧化铌粉末和所述氧化钼粉末的粒度为140目～1000目。


3.根据权利要求1所述的耐磨药芯组合物，其特征在于，所述金刚石颗粒的粒度为140目～600目；
优选地，所述金刚石颗粒为经过表面活化的金刚石颗粒。


4.根据权利要求1所述的耐磨药芯组合物，其特征在于，所述镍基合金粉末选自BNi73CrFeSiB(C)、BNi74CrFeSiB、BNi82CrSiBFe、BNi78CrSiBCuMoNb或BNi66MnSiCu中的至少一种；
优选地，所述镍基合金粉末为粒度45μm～350μm的球形或近球形。


5.耐磨焊丝，其特征在于，以质量分数计，所述耐磨焊丝包括60wt.％～80wt.％的药芯和20wt.％～40wt.％的外皮；
所述药芯选自权利要求1至4任一项所述的耐磨药芯组合物；
所述外皮的材质选自镍、铜、银、铁以及它们各自的合金中的至少一种，优选为镍。


6.根据权利要求5所述的耐磨焊丝，其特征在于，所述耐磨焊丝的直径为0.8mm～2.0mm；
优选地，所述外皮的厚度为0.1mm～0.3mm。


7.权利要求5或6所述的耐磨焊丝的制备方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
a1)将混合均匀的填充材料与金刚石颗粒混合均匀，获得耐磨药芯组...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴夤崟，秦建，张冠星，马佳，于新泉，李秀朋，李胜男，
申请(专利权)人：郑州机械研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41