一种三元硼化物硬质合金堆焊焊条的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种三元硼化物硬质合金堆焊焊条的制备方法，属于焊条技术领域，S1、原料处理；S2、制备粘接剂；S3、混料；S4、制备；S5、烧结。本发明专利技术中，选取低熔点、流动性好的蜡基粘结剂，三元硼化物原材料合金粉末中选配不同合金元素质量分数来控制最终烧结温度，通过脱脂、烧结一体化以及多段式升温程序达到目标烧结温度，并控制升温速率及保温时间，可有效避免焊条坯体在升温及烧结过程中出现变形，裂纹等缺陷，可灵活调节三元硼化物硬质合金堆焊焊条直径及长度，此方法制备的三元硼化物堆焊焊条组织及成分均匀，制备的覆层性能优异，母材稀释率低，覆层质量稳定，制备成本低，操作简单。

A preparation method of ternary boride cemented carbide surfacing electrode

【技术实现步骤摘要】
一种三元硼化物硬质合金堆焊焊条的制备方法
本专利技术属于焊条
，尤其涉及一种三元硼化物硬质合金堆焊焊条的制备方法。
技术介绍
随着工业的不断发展，对机械零件的长期有效稳定工作提出更高要求，材料的性能决定了零件的服役寿命，因而对材料的性能提出更高要求，而零件因材料性能导致的失效形式主要表现为表面失效，即材料表面磨损和腐蚀。因此有效改善零部件的耐磨性和耐蚀性成为了关注热点，目前提高材料表面性能的覆层技术主要有钎焊技术、感应熔覆、激光熔覆、等离子熔覆、热喷涂技术和堆焊等，其中覆层材料及工艺是影响生产效率、成本和覆层质量、性能的关键。在众多改善零件服役寿命材料中，三元硼化物硬质合金因其具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热和耐腐蚀等一系列优良性能，成为了当今改善零件性能的研究热点，以三元硼化物为原材料制备的药芯焊丝在材料表面改性领域获得了较好的应用。但是，传统的药芯堆焊焊丝是由钢带包裹药芯(主要为金属粉末)制成圆柱形焊条，但由于钢带内部空间受到限制，粉末粒径大小不均匀导致颗粒间形成鸟巢般结构，导致制备的三元硼化物硬质合金覆层成分不均匀且应力集中、熔覆层开裂和可靠性差，并且由于堆焊工艺过程的快速加热快速冷却特性，导致药芯焊丝中粉末材料没有充分的时间原位形成三元硼化物，从而不利于改善堆焊层的性能，而本专利技术将单螺杆挤出成型方式应用于粉末冶金领域，能够兼顾成型方式和粉末冶金的优势，通过该工艺获得的焊丝制备的覆层可以有效改善传统药芯焊丝制备方法存在的不足(成分均匀性、充分形成三元硼化物硬质相和减少缺陷)。单螺杆挤出成型方式作为PB、PE等塑料棒材和管材传统制备方式之一，成型质量高可连续生产，因此，将粉末冶金和单螺杆挤出成型方式结合起来制备一种可用于三元硼化物硬质合金堆焊的焊条具有很高的产业价值和广泛的应用前景。专利CN109623195A公开了一种耐热耐磨堆焊用金属陶瓷药芯焊丝，向以Mo2FeB2为强化相的铁基堆焊材料中加入复合增强材料(氧化锆和碳化铝的混合物)，有效提高了堆焊金属的硬度及耐磨性能；CN106271208B公开了一种等离子堆焊用镍基自熔性硬面堆焊药芯焊丝，堆焊层结合强度大和硬度高，具有极强的耐硬面磨损、磨粒磨损和冲蚀磨损性能，专利CN104289826B公开了一种硼化物耐磨堆焊药芯焊丝及其制备方法，专利CN108747082B公开了一种耐磨药芯焊丝及其制备方法，但仍以药芯焊丝为主要研究目标，而药芯焊丝需在表面改性工艺(如堆焊和喷涂等)作用下，才能反应形成三元硼化物，并且受表面改性工艺的快速加热快速冷却特性影响，导致三元硼化物形成时间不充分，达不到预期效果，缺乏规模化生产的需要，因此缺乏关于三元硼化物形成及焊条成形一体化的设计，并且焊丝成分均匀性和组织均匀化及覆层开裂等缺陷问题解决尚无很好的解决方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：为了解决药芯焊丝受表面改性工艺的快速加热快速冷却特性影响，导致三元硼化物硬质相形成时间不充分，达不到预期效果，缺乏规模化生产需要的问题，而提出的一种三元硼化物硬质合金堆焊焊条的制备方法，并且烧结焊条能够弥补药芯焊丝三元硼化物硬质相含量少、分布不均匀的缺陷，利用焊条成形及烧结原位生成三元硼化物一体化工艺，提高生产效率，并且具有覆层与钢材基体结合性强、覆层稳定性高和制造设备简单，生产周期短等优势。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种三元硼化物硬质合金堆焊焊条的制备方法，具体包括以下步骤：S1、原料处理，取配方量硼铁合金粉、铬铁合金粉、金属钼粉和金属铁粉的金属粉末，以及少量的碳纳米管或氮化硅晶须投入球磨机内进行球磨10～20h，将球磨后的粉末进行混料得到三元硼化物原材料合金粉末；S2、制备粘接剂，按质量百分比取原料放入喂料混料机内进行混练；S3、混料，将制备后的三元硼化物原材料合金粉末和粘结剂投入混炼机内进行混炼，将混练完成后投入制粒机内制粒得到的三元硼化物原材料喂料；S4、制备，熔融态喂料通过一个圆孔模具制成一定长度的棒材，用单螺杆成型机制成一定长度棒料；S5、烧结，将挤出成型的棒料送入真空烧结炉内，利用烧结工艺得到三元硼化物硬质合金堆焊焊条。作为上述技术方案的进一步描述：能够实现对三元硼化物原材料合金粉末的充分混料和烧结成型，满足焊接需要。进一步的，所述三元硼化物原材料合金粉末独立粒径为2～100μm。作为上述技术方案的进一步描述：三元硼化物原材料独立粒径为5～40μm，实现对三元硼化物原材料合金粉末的充分混合。进一步的，所述粘结剂按质量百分比：半精练石蜡20～30％，白蜂蜡20～30％，高密度聚乙烯12～18％，TPEE12～18％，硬脂酸15～20％，非离子型聚丙烯酰胺0.5～1％，油酸0.1～1％。作为上述技术方案的进一步描述：配方量的粘接剂能够实现对粉末的充分粘结。进一步的，所述喂料过程粘结剂质量比控制在10％～20％。作为上述技术方案的进一步描述：保证喂料挤出时的咬合力，避免物料过多导致的原料掉落。进一步的，所述混练过程的温度均为160～180℃，时间为4～6h，混炼机转速均为60～80r/min。作为上述技术方案的进一步描述：提高混料精度。进一步的，所述S4中单螺杆挤出成型机将一定棒材挤出成型时，物料温度140～180℃，挤出压力20～40Mpa。作为上述技术方案的进一步描述：保证挤出时的成型效果进一步的，所述S5中烧结工艺为以5～10℃/min的速度加热至200～250℃保温1～2h，然后以5～10℃/min的速度加热至450～500℃保温2～4h，再以5～8℃/min的速度加热至800～1100℃保温1～2h，最后以3～5℃/min的速度加热至1200～1400℃保温0.5～1h后随炉冷。作为上述技术方案的进一步描述：保证烧结成型后原位反应形成均匀分布的三元硼化物硬质相及焊条整体强度。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术中，在制备粘结剂时根据三元硼化物原材料合金粉末特性，选取低熔点和流动性好的蜡基粘结剂，三元硼化物原材料合金粉末中选配不同合金元素质量分数来控制最终烧结温度，本专利技术通过脱脂和烧结一体化以及多段式升温程序达到目标烧结温度，并控制升温速率及保温时间，可有效避免焊条坯体在升温及烧结过程中出现变形，裂纹等缺陷。综上所述，与现有技术相比，本专利技术制备的三元硼化物硬质合金堆焊焊条，其特点如下：可灵活调节三元硼化物硬质合金堆焊焊条直径及长度，此方法制备的三元硼化物堆焊焊条组织及成分均匀，制备的覆层性能优异，母材稀释率低，覆层质量稳定，制备成本低，操作简单。附图说明图1为三元硼化物硬质合金堆焊焊条制备方法工艺流程图；图2为1Cr13不锈钢表面三元硼化物硬质合金覆层截面微观形貌图；图3为三元硼化物硬质合金覆层X射线衍射(XRD)图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三元硼化物硬质合金堆焊焊条的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：/nS1、原料处理，取配方量硼铁合金粉、铬铁合金粉、金属钼粉和金属铁粉的金属粉末，以及少量的碳纳米管或氮化硅晶须投入球磨机内进行球磨10～20h，将球磨后的粉末进行混料得到三元硼化物原材料合金粉末；/nS2、制备粘接剂，按质量百分比取原料放入喂料混料机内进行混练；/nS3、混料，将制备后的三元硼化物原材料合金粉末和粘结剂投入混炼机内进行混炼，将混练完成后投入制粒机内制粒得到的三元硼化物原材料喂料；/nS4、制备，熔融态喂料通过一个圆孔模具制成一定长度的棒材，用单螺杆成型机制成一定长度棒料；/nS5、烧结，将挤出成型的棒料送入真空烧结炉内，利用烧结工艺得到三元硼化物堆焊焊条。/n

【技术特征摘要】
1.一种三元硼化物硬质合金堆焊焊条的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、原料处理，取配方量硼铁合金粉、铬铁合金粉、金属钼粉和金属铁粉的金属粉末，以及少量的碳纳米管或氮化硅晶须投入球磨机内进行球磨10～20h，将球磨后的粉末进行混料得到三元硼化物原材料合金粉末；
S2、制备粘接剂，按质量百分比取原料放入喂料混料机内进行混练；
S3、混料，将制备后的三元硼化物原材料合金粉末和粘结剂投入混炼机内进行混炼，将混练完成后投入制粒机内制粒得到的三元硼化物原材料喂料；
S4、制备，熔融态喂料通过一个圆孔模具制成一定长度的棒材，用单螺杆成型机制成一定长度棒料；
S5、烧结，将挤出成型的棒料送入真空烧结炉内，利用烧结工艺得到三元硼化物堆焊焊条。


2.根据权利要求1所述的一种三元硼化物硬质合金堆焊焊条的制备方法，其特征在于，所述三元硼化物原材料合金粉末独立粒径为2～100μm。


3.根据权利要求1所述的一种三元硼化物硬质合金堆焊焊条的制备方法，其特征在于，所述粘结剂按质量百分比：半精练石蜡20～30％，白蜂蜡20～30％，高密度聚乙烯12～18％，TPEE12～18％，硬脂酸15～20％，非离子型聚丙烯酰胺0.5～1％，油酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘应君，张浩，常智敏，柯德庆，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42