一種鐵基無磁熔覆層用合金粉末材料及熔覆層制備方法，屬于表面涂層領域。粉末包括：還原鐵粉、電解錳粉、高碳鉻鐵、鉬鐵、硅鐵、硼鐵、碳化鉻以及碳化硼，元素成分如下：Cr:5-20wt.%；Mo:15-30wt.%；C:1-4wt.%；B:0.5-3wt.%；Si:0.1-1.5wt.%;Mn:0-15wt.%，Fe:余量。采用等離子弧堆焊工藝制備Fe基多元合金熔覆層，本發明專利技術制備的熔覆層具有無磁性，同時硬度高、產生開裂和其他熔覆缺陷的傾向小。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于表面涂層領域，具體涉及一種鐵基無磁熔覆層用的多元合金粉末材料及熔覆層制備方法。
技術介紹
在礦山開采、油氣鉆探等工業領域，定向勘探技術是掘進系統中必不可少的重要組成部分，苛刻的服役條件不僅要求相應機械零部件具備優異的耐磨和抗蝕性能，同時還要滿足定向勘探中對材料無磁性能的要求。目前，此類結構部件一般采用磁導率較低的奧氏體不銹鋼、無磁鋼、無磁硬質合金、鋁合金、鈦合金或銅合金等無磁材質制造，但在惡劣的勘探工況環境中其服役壽命受到了嚴重制約。采用適宜的表面處理技術，在奧氏體不銹鋼等無磁材質零部件的表面制備一層無磁防護涂層，被認為是解決此類部件磨損和腐蝕問題，并實現表面強化和修復相結合的最為經濟、有效的技術措施之一。目前，廣泛應用的無磁涂層材料主要是以Ni基合金為主，一種是無添加硬質相的NiCrMo基合金粉末材料，另一種是引入陶瓷硬質相(主要是WC)的WC-Ni基無磁粉末材料。盡管WC-Ni熔覆材料在實際工程中得到了較好的應用，但由于其主要組元Ni屬于稀缺金屬，以至使用成本較高，且WC相在涂層制備過程中易發生分解形成具有鐵磁性的新相進而影響涂層整體的磁性能，因此 開發低成本、高性能的Fe基無磁熔覆層替代材料已成為近年來該領域研究的熱點問題之一。在涂層制備方法中，通過高能量等離子弧為熱源進行的等離子弧堆焊技術(Plasma transferred arc-welding, PTAff)具有稀釋率小、微觀缺陷少、涂層與基體冶金結合等特點，是制備高性能無磁涂層的經濟有效方法之一。經檢索，目前并無采用等離子弧堆焊方法(PTAW)制備鐵基合金無磁熔覆層相關技術的專利報道。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種無添加硬質相的高硬度鐵基無磁熔覆層用多元合金粉末及熔覆層制備方法。—種鐵基無磁熔覆層用合金粉末材料，其特征在于合金粉末材料主要包括還原鐵粉、電解錳粉、高碳鉻鐵、鑰鐵、硅鐵、硼鐵、碳化鉻以及碳化硼，上述合金粉末粒度均在75μπι-150μπι;合金粉末中元素成分質量百分含量范圍如下Cr:5-20wt.%;Mo: 15-30wt. % ；C: l-4wt. % ；B:0. 5-3wt. % ；S1:0. 1-1. 5wt. %;Mn:0-15wt. %，Fe 及不可避免的雜質余量。優選所述鐵基熔覆層用的合金粉末的元素質量百分含量為Cr:6_18wt. % ；Mo: 15-27wt. % ；C:1. 5-3. 8wt. % ；B:0. 5-2. 8wt. % ；S1:0. 3-1. 2wt. %, Mn:0. 5-13wt. %;Fe 及不可避免的雜質余量。進一步優選所述鐵基熔覆層用的合金粉末的元素質量百分比為Cr:6-16Wt.%;Mo: 16-25wt. % ；C:1. 8-3. 6wt. % ；B:0. 8-2. 5wt. % ；S1:0. 4-lwt. %, Mn:0. 5-10wt. %;Fe 及不可避免的雜質余量。采用本專利技術上述多元合金粉末材料制備一種無添加硬質相的高硬度鐵基無磁熔覆層的方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1、選用工業級金屬、合金和陶瓷粉末，包括還原鐵粉、電解錳粉、高碳鉻鐵、鑰鐵、硅鐵、硼鐵、碳化鉻以及碳化硼等，將其進行篩分并機械混合，最終獲得粒度均在75 μ m-150 μ m的合金粉末，合金粉末中兀素成分的質量百分含量為Cr:5_20wt. % ；Mo: 15-30wt. % ；C: l-4wt. % ；B:0. 5-3wt. % ；S1:0. 1-1. 5wt. %;Mn:0-15wt. %，Fe 及不可避免的雜質余量；步驟2、對基體表面進行預處理去除表面氧化膜；優選為基體表面經粒度180目砂紙預磨后，利用粒度為60目棕剛玉，氣壓O.4-0. 6MPa，噴砂槍擺速度5mm/s，進行基體表面噴砂粗化去除表面氧化膜；步驟3、將步驟I粉末采用等離子弧堆焊工藝制備Fe基多元合金熔覆層，堆焊工藝參數為轉移弧電壓28-33V ;轉移弧電流70-95A ;噴涂距離10_15mm ;離子氣、送粉氣和保護氣均為Ar氣，其中，離子氣流量4-4. 5L/h;送粉氣流量4_4. 5L/h ;保護氣流量:6. 5-7L/h ;送粉電壓5. 5-6. 5V。對步驟3所述噴涂工藝進行優化，堆焊工藝參數設定為轉移弧電壓29-31V ;轉移弧電流80-90A ;噴涂距離12-14mm ;離子氣、送粉氣和保護氣均為Ar氣，其中，離子氣流量:4-4. 5L/h ;送粉氣流量:4-4. 5L/h ;保護氣流量:6. 5_7L/h ;送粉電壓5. 8-6. 5V。本專利技術所述方法制備的一種鐵基高硬度無磁熔覆層所具有的無磁性與高硬度是其自身組分所決定的。其作用為Cr :不僅可以提高合金的抗氧化性和耐腐蝕性，而且是固溶強化和碳化物形成元素,可產生固溶強化,鉻含量增加,合金中硬質相增加,合金相對耐磨性及耐腐蝕性能提高。Mo :生成硬質相提高合金耐磨性，此外Mo元素的引入有利于降低合金材料的居里轉變溫度。B，C元素在鐵基合金中加入適量的B與C可以獲得高硬度的硼碳化合物，從而提高堆焊合金的硬度與耐磨性。Mn、S1:利用錳硅聯合脫氧，提高元素過渡系數，另外Mn是強奧氏體形成元素，擴大奧氏體相區，降低合金的磁性能并且提高熔覆層韌性。本專利技術與常規的熔覆材料相比，具有以下特點1、具有良好的工藝性無需焊前預熱、焊后緩冷，并且焊接過程中飛濺小，制備的的熔覆層表面平滑均勻，無裂紋，無脫落掉塊。2、組織均勻所開發的Fe基多元合金熔覆層組織主要是由Y -Fe相、MoFeB相與M23 (B, C) 6相組成(其中M=Fe, Cr, Mo. Mn)，彌散分布的MoFeB相，對熔覆層組織能夠起到有效的支撐和強化作用。3、無磁性能本專利技術材料制備的Fe基熔覆層的相對磁導率μ r在1. 0035^1. 0091之間，表現為無磁性能。 本專利技術可用于在無磁機械零部件表面制備無磁耐磨涂層，實現零部件的表面強化和修復。本專利技術制備的熔覆層具有無磁性，硬度高、產生開裂和其他熔覆缺陷的傾向小。附圖說明圖1實施例2制備的熔覆層XRD分析圖譜；圖2實施例2制備的熔覆層SEM典型形貌特征；圖3實施例2制備的熔覆層的磁化曲線。圖4實施例2制備的熔覆層的磁滯回線。具體實施方式 下面通過實施例進一步闡明本專利技術的實質性特點和顯著優點，本專利技術決非僅局限于所陳述的實施例。制備一種無添加硬質相的高硬度鐵基無磁熔覆層的方法，包括以下步驟各實施例中具體參數見實施例1、基體選用AISI304L不銹鋼(150X50X IOmm)，表面經粒度為180目砂紙預磨后，采用粒度為40-60目棕剛玉，氣體壓力O. 4-0. 6MPa，持續時間IOs/噴涂面工藝對試件進行噴砂粗化處理。2、選用工業級金屬、合金和陶瓷粉末，包括還原鐵粉、電解錳粉、高碳鉻鐵、鑰鐵、硅鐵、硼鐵、碳化鉻以及碳化硼等，將其進行篩分并機械混合，最終獲得粒度均在75 μ m-150 μ m的合金粉末。3、將步驟2的粉末采用等離子弧堆焊工藝制備Fe基多元合金熔覆層。實施例1按照Fe基多元合金粉末元素質量百分比為Cr:9wt. %;Mo: 19wt%;C:2. Owt. %;B:1.5wt. %; S1: lwt. %;Mn:9. 8wt本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種鐵基無磁熔覆層用合金粉末材料，其特征在于，合金粉末材料主要包括：還原鐵粉、電解錳粉、高碳鉻鐵、鉬鐵、硅鐵、硼鐵、碳化鉻以及碳化硼，上述合金粉末粒度均在75μm?150μm；合金粉末中元素成分質量百分含量范圍如下：Cr:5?20wt.%；Mo:15?30wt.%；C:1?4wt.%；B:0.5?3wt.%；Si:0.1?1.5wt.%;Mn:0?15wt.%，Fe及不可避免的雜質:余量。
【技術特征摘要】
1.一種鐵基無磁熔覆層用合金粉末材料，其特征在于，合金粉末材料主要包括還原鐵粉、電解錳粉、高碳鉻鐵、鑰鐵、硅鐵、硼鐵、碳化鉻以及碳化硼，上述合金粉末粒度均在75 μ m-150 μ m ;合金粉末中元素成分質量百分含量范圍如下Cr: 5-20wt. % ；Mo: 15-30wt. % ；C: l-4wt. % ；B:0. 5-3wt. % ；S1:0. 1-1. 5wt. %;Mn:0-15wt. %，Fe 及不可避免的雜質余量。2.按照權利要求1的合金粉末材料，其特征在于，合金粉末的兀素質量百分含量為Cr: 6-18wt. % ；Mo : 15-27wt. % ；C: 1. 5-3. 8wt. % ；B: 0. 5-2. 8wt. % ；S1: 0. 3-1. 2wt. %,Mn:0. 5-13wt. %;Fe及不可避免的雜質:余量。3.按照權利要求1的合金粉末材料，其特征在于，合金粉末的元素質量百分比為Cr : 6-16wt. % ；Mo : 16-25wt. % ；C:1. 8-3. 6wt. % ；B: 0. 8-2. 5wt. % ；S1: 0. 4-lwt. %,Mn:0. 5-10wt. %;Fe及不可避免的雜質:余量。4.制備一種無添加硬質相的高硬度鐵基無磁熔覆層的方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟1、選用工業級金屬、合金和陶瓷粉末，包括還原鐵粉、電解錳粉、高碳鉻鐵、鑰鐵、硅鐵、硼鐵、碳化鉻以及碳化硼等，將其進行...
【專利技術屬性】
技術研發人員：周正，賀定勇，姚海華，蔣建敏，趙秋穎，崔麗，王智慧，李曉延，
申請(專利權)人：北京工業大學，
類型：發明
國別省市：
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