一种用于激光熔覆的高硬度抗点蚀的铁基合金粉末制造技术

本发明专利技术提供一种用于激光熔覆的高硬度抗点蚀的铁基合金粉末，属于抗蚀合金技术领域。本发明专利技术中合金粉末的元素质量百分比为Cr：21.0～29.0％，Ni：2.0～5.0％，Mo：1.5～2.5％，Si：1.0～2.5％，Mn：0.3～0.6％，C：0.1～0.3％，B：0.8～1.5％，Ti：0.5～1.0％，O＜0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质。相比于现有的耐蚀合金粉末，具有以下优势：粉末的Cr含量高，使用该粉末激光熔覆的样品抗点蚀性能好；相比于其他耐蚀性好的镍基、钴基合金，成本低廉；合金碳含量低，裂纹倾向性小。裂纹倾向性小。裂纹倾向性小。

【技术实现步骤摘要】
一种用于激光熔覆的高硬度抗点蚀的铁基合金粉末


[0001]本专利技术属于抗蚀合金
，具体涉及一种用于激光熔覆的高硬度抗点蚀的铁基合金粉末。

技术介绍

[0002]煤炭资源作为我国能源体系的重要支柱，仍将在相当长的时间内继续发挥主导作用。近年来，新能源行业虽然蓬勃发展，但煤炭资源凭借其成熟可靠、价格低廉等优势，依然扮演着不可替代的角色。因此，提高煤炭开采效率和保障煤机设备长时间稳定运行，对于我国经济的可持续发展具有举足轻重的作用。
[0003]在煤炭开采作业中，液压支架作为煤机的关键组件，长期处于酸性、潮湿的井下环境中，频繁地进行往复运动，这使得其容易遭受磨损和点蚀，从而存在着安全隐患的问题。目前，传统的方法是在液压支架表面进行电镀金属铬，但此方法环境污染严重，与现代低碳环保的发展理念相背离。同时，硬铬涂层与液压支架之间的机械结合强度低，容易脱落，导致失去保护效果。当前，随着激光产业的快速发展，激光熔覆技术已经在煤机液压支架的再制造和修复领域得到应用。激光熔覆技术为液压支架的长时间服役提供了可靠的支持，也间接提高煤炭开采效率。激光熔覆技术是利用高能量激光束迅速加热粉末或丝材，形成冶金结合的涂层，可显著提高基体表面的耐磨、耐蚀性能。其涂层致密、结合强度高和粉末材料多样化的优势已经被广泛认可。
[0004]煤矿井下的点蚀介质主要是氯离子点蚀，另外考虑到摩擦磨损失效，煤机液压支架的服役后环境需要采用高硬度抗点蚀材料。考虑到铁基合金粉末的成本和性能优势，铁基合金粉末是目前应用在煤机液压支架的主流合金体系。参考耐点蚀当量PREN＝Cr％+3.3(Mo+0.5W)％+16N％，合金中Cr的含量超过13％时，在合金表面会形成一层致密的纳米级钝化膜(主要是富含Cr的氧化物)，用于隔离侵蚀性介质。由于我国幅员辽阔，在不同地区的煤矿井下的环境差异较大，主要是酸性介质的含量不同。对于常规的矿井，Cr含量在13
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20％足以满足需求。但是对于部分湿度更大、酸性更强的矿井，目前铁基合金粉末(Cr含量在13
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20％)并不能满足服役需求。因此，需要开发更加抗点蚀的激光熔覆合金粉末。提高设备和工具的使用寿命，从而减少煤矿生产过程中的停机时间和维护成本。
[0005]通过对该合金粉末的研究，研发高硬度抗点蚀粉末材料，用于液压支架的修复。该粉末可以有效提高液压支架的使用寿命，降低维护成本，保障煤矿安全，为今后液压支架修复提供参考。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有铁基合金粉末的不足，提供一种用于激光熔覆的高硬度抗点蚀的铁基合金粉末。
[0007]本专利技术中用于激光熔覆的高硬度抗点蚀铁基合金粉末的元素含量为，质量百分含量：Cr：21.0～29.0％，Ni：2.0～5.0％，Mo：1.5～2.5％，Si：1.0～2.5％，Mn：0.3～0.6％，C：
0.1～0.3％，B：0.8～1.5％，Ti：0.5～1.0％，O＜0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质。所述粉末为球形粉末，采用通用的气雾化制粉设备生产。粒径为15～53μm或者45～105μm，呈正态分布。
[0008]其中Cr和Mo元素可以在合金基体形成一层致密的钝化膜，隔绝腐蚀介质与合金基体，是提升点蚀性能的关键合金元素。
[0009]其中B元素可以和Cr元素结合形成硼化物，在合金材料中析出骨架状的硼化物，是提升硬度的关键合金元素。随着析出硼化物数量的增加，合金的硬度也会增加。
[0010]其中C元素一方面可以和Cr元素结合析出碳化物，另一方面也能促进马氏体相变，也是提升硬度的关键合金元素。随着C元素含量的增加，合金的脆性也会增加，在激光熔覆过程裂纹倾向会显著增加。
[0011]其中Ti元素可以细化晶粒，实现细晶强化的效果；其次，Ti元素也可以和B和C原位析出硬质合金相，提升硬度。
[0012]为实现上述目的，采用通用的激光熔覆设备进行熔覆试验，并进行相应的性能测试。
[0013]本专利技术中采用的激光熔覆设备为常规的激光送粉增材设备，包括激光器、水冷机、光纤、保护气(一般为氩气)、激光熔覆头、送粉器和六轴机器人(也可用三维运动平台代替)组成。选用常规的碳钢为母材。激光熔覆工艺参数如下：激光功率1500
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2000W，光斑直径2
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4mm，激光扫描速度5
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20mm/s，送粉量10
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20g/min，保护气流量20
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30L/min。进行多层多道熔覆，熔覆块体厚度需大于2mm，以消除母材(碳钢)化学成分对熔覆块体的性能干扰。然后进行机械加工，切取相应的金相、硬度和点蚀试样对熔覆块体的进行微观组织、硬度和点蚀性检测。
[0014]本专利技术用到的硬度检测参考标准GB/T 4340.1
‑
2009《金属材料维氏硬度试验第1部分：试验方法》。熔覆块体的的不同位置分别进行硬度测试，总共测试10个点。熔覆材料的硬度在可达到455～595HV，折算为洛氏硬度约为45
‑
55HRC。
[0015]本专利技术用到的点蚀测试参考标准GBT 17899
‑
1999《不锈钢点蚀电位测量方法》进行测试。点蚀试样的试验面(熔覆试样的上表面)用GB/T 248.1规定粒度的砂纸进行研磨，一直磨到粒度为W1(3000目)的砂纸。磨试样过程中为水磨，避免发热。试样的背面用导线连接，确保试样可以通电。点蚀试样的采用环氧树脂镶嵌，只露出测试表面。为了避免缝隙腐蚀，测试面与环氧树脂接触的边缘采用硅橡胶涂覆。最终的测试表面的面积为1cm2。准备三个平行试样。测试常规的三电极电化学体系，饱和甘汞电极为参比电极，铂片电极为辅助电极，试样为工作电极。试验温度室温25℃。试样溶液为质量分数为3.5％的氯化钠溶液，溶液体积为500ml，每次试验更换新的溶液。实验前向溶液中通纯氮气(99.99％)半小时以上预除氧。动电位扫描速率为20mV/min，扫描区间为相对于参比电极
‑
0.5
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1.2V。
[0016]相比于现有的耐蚀合金粉末，具有以下优势：
[0017](1)粉末的Cr含量高(21
‑
29％)，能够形成稳定的钝化膜，使用该粉末激光熔覆的样品抗点蚀性能好。
[0018](2)本专利技术的合金粉末为Fe基合金粉末，Cr元素是其中主要提升性能的的合金元素。Ni、Mo和Ti等贵重金属元素含量低，相比于其他耐蚀性好的镍基、钴基合金，成本低廉。
[0019](3)激光熔覆工艺是一种快速凝固的工艺，合金粉末中的C含量越高，开裂的倾向
越大。本专利技术的合金粉末中碳含量低(0.1
‑
0.3％)，激光熔覆过程中避免了裂纹的产生。
附图说明
[0020]图1为铁基合金粉末的动电位极化曲线和点蚀电位；
[0021]图2为铁基合金粉末的微观组织照片。
具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高硬度抗点蚀的铁基合金，其特征在于，所述铁基合金的元素除Fe，还包括以下质量百分含量的元素：Cr：21.0～29.0％，Ni：2.0～5.0％，Mo：1.5～2.5％，Si：1.0～2.5％，Mn：0.3～0.6％，C：0.1～0.3％，B：0.8～1.5％，Ti：0.5～1.0％，O＜0.03％。2.根据权利要求1所述铁基合金，其特征在于，所述铁基合金为粉末。3.根据权利要求1所述铁基合金，其特征在于，所述铁基合金为球形粉末，粒径为15～53μm或者45...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐连勇，王耀伟，韩永典，赵雷，郝康达，任文静，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：