一种高碳化物含量的金属间化合物合金粉末及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种高碳化物含量的金属间化合物合金粉末及其应用，属于激光加工材料技术领域。高碳化物含量的金属间化合物合金粉末以质量百分比计，化学成分为：Al 5.0％～5.8％，C 4.1％～4.6％，Cr44.0％～46.0％，B 0.02％～0.04％，O≤200ppm，N≤50ppm，H≤10ppm，余量为Ni。本发明专利技术的高碳化物含量的金属间化合物合金粉末制备的熔覆层无裂纹，硬度高，耐磨性好，能够满足重载柴油机关键部件表面性能的需求。够满足重载柴油机关键部件表面性能的需求。够满足重载柴油机关键部件表面性能的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种高碳化物含量的金属间化合物合金粉末及其应用


[0001]本专利技术涉及激光加工材料
，尤其涉及一种高碳化物含量的金属间化合物合金粉末及其应用。

技术介绍

[0002]金属间化合物兼备金属材料的导热性和陶瓷材料的高硬度、高熔点以及优异耐磨性等优点，以上优点使其备受关注。在众多的金属间化合物中，Ni3Al因其优异的力学及高温性能而被广泛应用。Ni3Al金属间化合物因其低密度、高熔点、高温抗氧化性及高温耐磨性良好等诸多优异的特点而成为最受关注的高温结构材料之一。然而，随着工业的不断发展，当作为高温耐磨材料时，单纯的Ni3Al合金已经无法满足现代工业的发展需求。研究表明，在Ni3Al中添加陶瓷强化相可以对Ni3Al基金属陶瓷的力学性能有显著提升，其中，较为常用的陶瓷相是与之具有较好润湿效果的碳化铬颗粒。
[0003]现有的专利文献中公开了有碳化物增强Ni3Al基合金粉末及其激光熔覆方法，但是现有的方案中，熔覆层平均硬度550HV～610HV，较低的硬度远不能适用于大载荷冲击、高温耐磨等环境的应用需求(例如：矿山机械、冶金、柴油发动机等领域关键部件)。因此，如何提高Ni3Al基合金熔覆层硬度和耐磨性能，已成为亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]鉴于以上分析，本专利技术旨在提供一种高碳化物含量的金属间化合物合金粉末及其应用，用以解决现有的以下问题的至少之一：(1)提高合金粉末及熔覆层的硬度和耐磨性能；(2)抑制激光熔覆过程中熔覆缺陷的形成。
[0005]本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术提供了一种高碳化物含量的金属间化合物合金粉末，高碳化物含量的金属间化合物合金粉末以质量百分比计，化学成分为：Al
[0007]5.0％～5.8％，C 4.1％～4.6％，Cr 44.0％～46.0％，B 0.02％～0.04％，O≤200ppm，N≤50ppm，H≤10ppm，余量为Ni。
[0008]进一步的，高碳化物含量的金属间化合物合金粉末的微观组织包括Ni3Al相、γ
‑
Ni相和碳化物，碳化物结构主要包括Cr7C3，碳化物的质量含量为45％～50％。
[0009]进一步的，高碳化物含量的金属间化合物合金粉末中的镍当量和铝当量的原子数比为3.2～3.7。
[0010]进一步的，高碳化物含量的金属间化合物合金粉末以质量百分比计，化学成分为：Al 5.3％～5.7％，C 4.2％～4.6％，Cr 44.5％～46.0％，B0.02％～0.038％，O≤190ppm，N≤45ppm，H≤7ppm，余量为Ni。
[0011]本专利技术还提供了一种高碳化物含量的熔覆层，熔覆层采用上述高碳化物含量的金属间化合物合金粉末制备。
[0012]本专利技术还提供了一种上述高碳化物含量的熔覆层的制备方法，包括以下步骤：
44.0％～46.0％，B 0.02％～0.04％，O≤200ppm，N≤50ppm，H≤10ppm，余量为Ni；上述高碳化物含量的金属间化合物合金粉末的微观组织包括Ni3Al相、γ
‑
Ni相和碳化物，碳化物结构主要包括Cr7C3，碳化物的质量含量为45％～50％，γ
‑
Ni相的质量含量为3.0％～9.0％，碳化物呈弥散分布，碳化物的长度为9μm～20μm，例如9μm～16μm。
[0031]本专利技术的高碳化物含量的金属间化合物合金粉末中较高的碳化物含量能够显著提升粉末的硬度，进而提高采用该合金粉末制备的熔覆层的硬度，为熔覆层获得良好的耐磨性能提供基础。
[0032]具体的，考虑到本专利技术的高碳化物含量的金属间化合物合金粉末中的Cr7C3碳化物含量为45％～50％，采用其制备熔覆层时，熔覆层中的Cr7C3碳化物为40％～50％，较高的碳化物比例导致裂纹等熔覆缺陷倾向大，因此，控制本专利技术的高碳化物含量的金属间化合物合金粉末中的镍当量和铝当量的原子数比为3.2～3.7；通过增加镍、铝当量的原子比，可抑制淬硬NiAl相的形成，保证熔覆层的基相为Ni3Al相和γ固溶相，提高了熔覆层基相的塑性，从而抑制了熔覆缺陷的形成。
[0033]具体的，本专利技术中，专利技术人经过深入研究，提出：镍当量原子数的计算原则为：
[0034][0035]其中Ni代表的是高碳化物含量的金属间化合物合金粉末中的Ni元素的质量百分比，Cr
Ni3Al溶
为3％～7％。
[0036]铝当量原子数的计算原则为：
[0037][0038]其中，其中Al代表的是高碳化物含量的金属间化合物合金粉末中的Al元素的质量百分比，Cr
Ni3Al溶
为3％～7％。
[0039]优选地，本专利技术的高碳化物含量的金属间化合物合金粉末中的镍当量和铝当量的原子数比为3.2～3.5。
[0040]具体的，作为优选，本专利技术的高碳化物含量的金属间化合物合金粉末中的各组分的质量百分比为：Al 5.3％～5.7％，C 4.2％～4.6％，Cr44.5％～46.0％，B 0.02％～0.038％，O≤190ppm，N≤45ppm，H≤7ppm，余量为Ni。
[0041]需要说明的是，本专利技术的高碳化物含量的金属间化合物合金中含有较多Ni3Al，具有室温脆性，少量B可提高Ni3Al的室温延展性，抑制裂纹形成，但是B元素过量的情况下，B富集在晶界上，促进了热裂纹的形成。在本专利技术的高碳化物含量的金属间化合物合金粉末的化学成分范围内，当B含量低于0.02％时，不能起到提高Ni3Al塑性的作用，而B含量高于0.04％时，熔覆层热裂纹倾向较大。因此，本专利技术的B含量确定为0.02％～0.04％，不仅能够保证熔覆层的室温延展性，而且能够抑制热裂纹的形成。
[0042]需要说明的是，本专利技术的高碳化物含量的金属间化合物合金粉末在激光熔覆过程中，O、H、N等杂质元素将参与冶金反应。O含量过量时易出现疲劳问题，磨损量增大；N含量过多时，易导致AlN形成，裂纹倾向增大；H含量过多时，提高了熔覆层脆性。因此，本专利技术控制O≤200ppm，N≤50ppm，H≤10ppm。
[0043]具体的，本专利技术的高碳化物含量的金属间化合物合金粉末采用真空感应熔炼
‑
惰
性气体雾化法制备。
[0044]具体的，考虑到合金粉末的粒径过大，在激光熔覆时会出现未融粉末，而粒径过小，激光熔覆送粉过程中容易与送粉设备摩擦，堵塞设备。因此，控制本专利技术的高碳化物含量的金属间化合物合金粉末的粒径范围为74μm～105μm。
[0045]本专利技术还提供了一种高碳化物含量的熔覆层，熔覆层采用上述高碳化物含量的金属间化合物合金粉末制备。
[0046]本专利技术还提供了一种高碳化物含量的熔覆层的制备方法，包括以下步骤：
[0047]步骤1：采用同轴送粉方式将上述高碳化物含量的金属间化合物合金粉末输送至钢铁材料表面；
[0048]步骤2：利用激光熔覆方法将高碳化物含量的金属间化合物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高碳化物含量的金属间化合物合金粉末，其特征在于，所述高碳化物含量的金属间化合物合金粉末以质量百分比计，化学成分为：Al 5.0％～5.8％，C 4.1％～4.6％，Cr 44.0％～46.0％，B 0.02％～0.04％，O≤200ppm，N≤50ppm，H≤10ppm，余量为Ni。2.根据权利要求1所述的高碳化物含量的金属间化合物合金粉末，其特征在于，所述高碳化物含量的金属间化合物合金粉末的微观组织包括Ni3Al相、γ
‑
Ni相和碳化物，碳化物结构主要包括Cr7C3，碳化物的质量含量为45％～50％。3.根据权利要求1所述的高碳化物含量的金属间化合物合金粉末，其特征在于，所述高碳化物含量的金属间化合物合金粉末中的镍当量和铝当量的原子数比为3.2～3.7。4.根据权利要求1所述的高碳化物含量的金属间化合物合金粉末，其特征在于，所述高碳化物含量的金属间化合物合金粉末以质量百分比计，化学成分为：Al 5.3％～5.7％，C 4.2％～4.6％，Cr 44.5％～46.0％，B0.02％～0.038％，O≤190ppm，N≤45ppm，H≤7ppm，余量为Ni。5.一种高碳化物含...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵琳，彭云，韩伟，阚成玲，马成勇，田志凌，朱彦洁，蔡逸辉，
申请(专利权)人：钢铁研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：