一种激光制造导尺衬板的自润滑耐磨相材料及其制备工艺制造技术

本发明专利技术一种激光制造导尺衬板的自润滑耐磨相材料，由以下组分按质量百分数组成：Cu：5~20%；Si：1~5%；Cr:8~20%；WS

A kind of self-lubricating wear-resistant phase material and its preparation process for laser guide ruler lining plate

The self-lubricating wear-resistant phase material for laser manufacturing guide ruler lining plate is composed of the following components by mass percentage: Cu: 5-20%; Si: 1-5%; Cr: 8-20%; WS

【技术实现步骤摘要】
一种激光制造导尺衬板的自润滑耐磨相材料及其制备工艺
本专利技术涉及制造热轧带钢卷取前导尺衬板的材料设计,特别是涉及一种采用激光熔覆的方式制造热轧带钢卷取前导尺衬板的高导热率基体中植入自润滑耐磨相材料，属于IPC国际专利分类表中的C23C24/10(2006.01)I

技术介绍
随着钢铁行业竞争的日益激烈，卷材的高标准卷形要求指标已然成为钢卷成品合格率的重要指标，而导尺衬板是热轧生产线的重要设备，特别是热轧带钢生产线卷曲前导尺衬板更是对钢卷的最后卷型有核心影响作用，可以说是影响成品合格率的最重要设备之一。实际生产中普遍使用的导尺衬板使用的材料为堆焊耐磨材料，这种堆焊耐磨的磨损性能虽然较好，但是由于导尺衬板的特殊工况——工作环境温度较高、高速通过的带钢带来的摩擦热、强大的侧压力造成的挤压等等——均会造成导尺衬板严重磨损从而失去了原有的精准夹持精度，而随着这种失去夹持精度的情况的急剧加速就可能会对带钢边部质量造成影响，严重时甚至会堆钢等事故的发生——所以一旦导尺衬板磨损严重，就必须要及时更换。而频繁的更换不仅浪费了人力物力，更加影响了整条热轧生产线的作业率，甚至由于更换的不及时会导致生产事故的发生。因此，选择应用于导尺衬板的适当的特殊材料，进而提高卷材质量，避免成本浪费，在保证带钢卷型的前提下大幅提高导尺衬板的使用寿命，是业界极为关注的问题。导尺衬板的具体工况是在带钢高速通过的工况条件下，不仅要考虑耐高温磨损，还要兼顾考虑到高温氧化以及摩擦系统剧烈升温等影响，所以从机理上讲，设计适用于导尺衬板材料过程中应该尽可能降低导尺衬板在高速摩擦中所出现的急剧升温情况，也就是令基材应具备较高的导热率，并且尽可能植入可以降低摩擦系数的自润滑耐磨相。因此，针对导尺衬板的特殊使用工况，设计并应用一种应用于导尺衬板的向高导热率基体中植入自润滑耐磨相材料，使导尺衬板的使用寿命得到大幅度提高，是本专利最重要的
技术实现思路
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技术实现思路
本专利技术的目的在于实现上述内容中提到的向高导热率材料中植入自润滑耐磨相。该专利技术的难点在于，由于导尺衬板的工况会产生约500-800℃高温，同时在高速强力机械磨损过程中，由于摩擦学原理还会产生大量的摩擦热，造成进一步的高温氧化磨损情况发生。本专利技术的一个关键点在于解决大量摩擦热对摩擦副行为中的影响，减少高温氧化磨损情况发生。然而传统的单质材料很难具备既有高导热率又具有较高的耐磨性能，这就需要基材是一种可靠的耐磨的高导热率材料，同时又向该高导热材料中植入自润滑耐磨相颗粒——这样将极大的削弱机械强力磨损对摩擦副双方的消极作用，使得摩擦热大大减少。自润滑相具有良好的成膜能力，能与摩擦表面形成牢固的化学吸附膜或物理吸附膜，在表面附着，防止相对运动表面之间产生严重的熔焊或金属的相互转移。并且这种自润滑相的稳定性好，包括物理热稳定，化学热稳定和时效稳定，不产生腐蚀及其他有害的作用物理热稳定是指在没有活性物质参与下，温度改变不会引起相变或晶格的各种变化，因此不致于引起抗剪强度的变化，导致固体的摩擦性能改变。在反复的激光熔覆试验过程中，我们找到了一种适合于导尺衬板应用的自润滑耐磨相WS2。WS2特别适用于无油或少油润滑的工况条件，且可以在高温下保持一定的耐磨性能。由于其化学性质比较稳定，能够适应各种极其苛刻的条件，提供最大限度的抗磨损、防锈、防腐蚀保护。但由于该耐高温氧化磨损且优良高温自润滑性能材料的热膨胀系数与基体材料差异较大，这种差异在金属凝固过程中会在两相结合界面处产生很大的拉应力，这种拉应力会挣脱自身的结合束缚，作用效果远远大于组织结构之间的结合力，最终会使得自润滑相与基体组织相互剥离而导致脱落，显微观察结果显示金相组织内出现大量的裂纹源以及甚至孔洞，大大降低熔覆层的使用性能。通过反复试验最终发现只有使用激光熔覆工艺才可以大大减少组织中开裂剥离的情况发生，也就是确定了一种应用于导尺衬板的向高导热率基体中植入自润滑耐磨相材料，可以实现熔覆层内部均质无缺陷，可以获得熔覆质量良好的合金组织，同时使用寿命提高至原导尺衬板使用寿命的5-10倍。本专利技术给出的技术方案是：这种应用于导尺衬板的向高导热率基体中植入自润滑耐磨相材料，其主要技术方案是在原有的具有高热导率的合金材料基础上，通过反复试验研究得出工艺参数对植入高导热率合金基体中自润滑耐磨相WS2的影响趋势，使熔覆后的组织内部的高导热率基材与植入的自润滑耐磨相的热膨胀系数相匹配，保证界面冶金结合稳定性，获得具有一定设计尺寸厚度的良好的激光熔覆组织。其成分组成包括有Cu、Si、Cr；其特点是还包括有W、S、B，其中激光熔覆材料主要成分为Cu：5~20%；Si：1~5%；Cr:8~20%；WS2：5~18%；B：6~12%；Ni：余量。含Cu相承担具有高导热率的金属基作用，含W、S元素的化合物承担自润滑相作用，即减磨相作用。此外需要做出必要说明的是，Cu元素作为基体中所添加的重要组元元素，主要作用是在基体具有一定耐磨性前提下提高整个基体的导热率，如果低于5%的添加量，基体的导热率基本不会提高，如果高于20%的添加量，基体的整体耐磨性会受到消极影响。同时，WS2的含量控制在5~18%范围内可以获得良好的激光熔覆层组织，若高于18%会在熔覆层的结合界面处会出现起层开裂情况，且熔覆层的表面存在较多气孔缺陷，若低于5%含量，则不能发挥减磨相的自润滑作用。所涉及使用的激光熔覆的工艺参数基本如下：功率：800～1800W，光斑直径：5～10mm，置粉厚度：0.5～1.5mm，扫描速度：20～50mm/s，搭接率：25%~75%。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过考虑减少摩擦生热作用，采用了高导热率基材，并且通过实验找到的一种热膨胀系数与基体材料相符合的一种自润滑耐磨相材料以期进一步降低摩擦副体系中的摩擦系数，从而更大意义上减少了摩擦热的产生。这样是做法可以使高温摩擦磨损变换成类似于常温摩擦磨损情况，或者可以解释为没有突破材料的耐高温阈值，使材料的组织性能没有进一步受到高温的影响而发生软化现象，这样就可以大幅度提升材料的在该工况下的耐磨损性能。具体实施方式实施例1河北某热轧线上适用于侧导板的向高导热率材料中植入自润滑耐磨相材料。热轧带钢卷曲前导尺衬板，进行导尺衬板的长寿化激光制造过程中，进行材料梯度设计并且使用适当的激光熔覆工艺进行熔覆，得到了熔覆质量良好且无开裂缺陷的多层熔覆结构，其中熔覆材料主要成分为Cu：16%；Si：4.2%；Cr:18%；WS2：7.5%；B：6%；Ni：余量。其中激光熔覆的工艺参数如下功率：1000W；光斑直径：7mm；置粉厚度0.6mm；扫描速度：38mm/s搭接率：62%该侧导板的熔覆材料经激光熔覆经设计为向高导热率材料中植入自润滑耐磨相材料从而进行激光熔覆后，不仅获得了良好的熔覆质量，最重要的是其使用寿命提高至原始使用寿命的15倍，不仅节约了成本，并且是大幅度提高生产作业率。实施例2南京某热轧线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光制造导尺衬板的自润滑耐磨相材料，其特征在于，由以下组分按质量百分数组成：Cu：5~20%；Si：1~5%；Cr:8~20%；WS

【技术特征摘要】
1.一种激光制造导尺衬板的自润滑耐磨相材料，其特征在于，由以下组分按质量百分数组成：Cu：5~20%；Si：1~5%；Cr:8~20%；WS2：5~18%；B：6~12%；Ni：余量。


2.一种激光制造导尺衬板的方法，其特征在于，激光熔覆参数如下：功率：800～1800W，光斑直径：5～10mm，置粉厚度：0.5～1.5mm，扫描速度：20～50mm/s，搭接率：25%~...

【专利技术属性】
技术研发人员：董思远，张冬雪，陈海涛，
申请(专利权)人：沈阳大陆激光工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21