一种可适用于重熔的电弧喷涂粉芯丝材制造技术

一种可适用于重熔的电弧喷涂粉芯丝材属于热喷涂领域。所属粉芯成分质量百分含量范围如下：Ni：6～15%；Cr：5～13%；Al：4～8%；B：5%；Nb：3%；混合稀土镍粉：1～3%，其中混合稀土镍粉成分由质量百分含量为60%的Ni和40%的混合Re组成，其中混合Re由质量百分含量为25～28%的La；48～52%的Ce；14～17%的Nb和4～6%的Pu组成；余量：Fe。本发明专利技术电弧喷涂层平均微氏硬度（530HV0.1），平均结合强度（38MPa），平均孔隙率（14.2%），氧化物含量（8.72%）。喷涂层经重熔处理后重熔层的平均微氏硬度提高（770HV0.1），与基体达到冶金结合。本丝材制备涂层经重熔处理后的耐磨性、抗冲蚀性能及抗承载能力好，可用于工程机械、矿山机械、汽车工业中要求抗冲击力强、交变载荷大及结合强度高的零部件表面强化处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可用于重熔处理的电弧喷涂粉芯丝材，属于材料加工工程专业热喷涂领域。电弧喷涂添加了自熔剂成分的粉芯丝材制备涂层经过重熔处理后的重熔层与基体为冶金结合，主要用于工程机械易磨损、高冲击零部件再制造修复与新品表面性能强化。
技术介绍
随着国家推动重大工程的建设，工程机械、矿山机械、重载车辆产业等领域蓬勃发展，而工程机械、矿山机 械设备的使用工况较为恶劣，长期在高速、重载、振动、冲击、摩擦和粉尘硬质颗粒冲蚀等条件下工作；超负荷作业；润滑条件差等。因此造成这些行业使用设备的关键零部件存在易于磨损、腐蚀、使用寿命较短等不足，每年因报废零部件造成的经济损失和资源浪费巨大。如果采用先进表面技术对失效零部件进行再制造修复，恢复其原始尺寸及性能，可以使失效零部件得到再利用、再循环。高速电弧喷涂技术是再制造工程的关键技术之一，其利用两根连续送进的金属丝之间产生的电弧熔化金属喷涂丝材，采用高压气流将其雾化成小熔滴并高速喷射至工件表面形成涂层的一种工艺。它可以制备出优于本体材料性能的表面功能薄层，在恢复零件尺寸的同时，进一步提升了零件的表面性能。该技术具有生产效率高、成本低、工艺实现灵活性高、适于现场野外作业、对工件基体热传输小等优势。电弧喷涂技术的劣势在于电弧喷涂层是大量熔融态的粒子扁平化沉积、相互叠加并形成涂层的工艺过程，涂层和基体形成的是机械嵌合而非冶金结合，使得涂层的结合强度较低，同时，喷涂材料在雾化空气作用下不可避免地发生氧化使得涂层中含有较多的氧化物和孔隙。这些氧化物和孔隙在涂层服役过程中受到高冲击力和较强交变载荷的作用下会产生应力集中，成为微裂纹萌生源，最终导致涂层剥落失效。这些劣势严重限制了电弧喷涂技术在工程机械等行业零部件再制造修复产业中的应用。鉴于热喷涂涂层结合强度低、氧化物含量高等不足，人们提出了一种热喷涂涂层重熔处理的新工艺。它是利用热源将涂层中最易熔化的成分熔化，产生的液相有助于扩散过程的强化和成分的渗透，熔化的结果使热喷涂涂层与基体的结合区由原来堆叠的层状组织变为均匀致密的组织、孔隙减少甚至消失。因此采用适当的重熔处理，可改善涂层与基体间的结合强度和涂层内在质量，从而提高涂层的耐磨、耐蚀性能。因此，很有必要计划研发一种高性能的可以适用于重熔处理的电弧喷涂粉芯丝材，目前现有的电弧喷涂粉芯丝材局限于单纯添加各种合金元素、硬质陶瓷相、非晶形成元素等，提高涂层的耐磨性、硬度、非晶含量等性能、但现有粉芯丝材的元素配比未考虑到后续重熔处理，未添加自熔剂成分、抗开裂元素和去氧元素，因此在重熔处理过程中易造成涂层开裂、氧化物聚集等缺陷。因此设计一种添加自熔剂成分适用于重熔处理的粉芯丝材很有价值，本专利技术的设计思想是添加合金元素在保证涂层具有较高的硬度和强度的同时，添加自熔剂成分、高温放热元素、去氧元素，使涂层在TIG重熔时具备脱氧、造渣的功能，氧化夹杂能浮于涂层表面，同时喷涂材料还有一定的自熔性效果，能在重熔阶段放出热量，促进涂层与基体界面区的冶金结合。目前具有添加有自熔剂成分的适用于重熔的电弧喷涂粉芯丝材未有相关专利和文献报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了拓展电弧喷涂技术的应用范围，提高电弧喷层的结合强度和组织性能而设计研制的一种添加有自熔剂成分，适用于涂层后续重熔处理的电弧喷涂粉芯丝材。采用该电弧喷涂粉芯丝材制备的涂层经重熔后涂层与基体为冶金结合，涂层组织致密、孔隙率及氧化物含量降低。本专利技术所提供的添加有自熔剂成分的可适用于重熔的电弧喷涂粉芯丝材的粉芯成分及其质量百分含量如下=Ni粉:6 15% ；Cr粉:5 13% ；A1粉:4 8% ；BFe粉:5 7% ；NbFe粉:3 5% ;混合稀土镍粉:1 3%，其中混合稀土镍粉成分由质量百分含量为60%的Ni和40%的混合Re组成，其中混合Re由质量百分含量为25 28%的La ；48 52%的Ce ; 14 17%的Nb和4 6%的Pu组成；余量:Fe粉。本专利技术所述粉芯丝材的制备采用现有的粉芯丝材制备技术，包括以下步骤:首先采 用电弧喷涂方法将本专利技术的粉芯丝材制备成涂层，随后利用钨极氩弧热源重熔喷涂层，各组分的作用如下:Fe粉:高温熔滴中的Fe在喷涂形成涂层沉积过程中形成α -Fe,经过钨极氩弧热源重熔后Fe原子与其他原子扩散程度增大，形成Y-Fe与其他硬质相的相间复合组织，有效的改善涂层的韧性与强度的协调匹配性。Al粉:高温熔滴中的Al和Fe在喷涂形成涂层沉积过程中形成FeAl和Fe3Al金属间化合物，且反应放热，提高涂层内聚强度和结合强度，经过钨极氩弧热源重熔涂层后部分Fe3Al转变成FeAl，点阵畸变程度增大，涂层的硬度和耐磨性能进一步提高。Cr粉:高温熔滴中的Cr和Fe喷涂形成涂层沉积过程中形成(Fe，Cr)固溶体，经钨极氩弧重熔后Fe、Cr原子间固溶度增大，(Fe,Cr)固溶体量增多，涂层的硬度和耐冲蚀性能进一步提闻。BFe粉:喷涂过程中B易于O结合，在熔滴外表形成B2O3膜，避免熔滴氧化，降低涂层的氧化程度，经钨极氩弧热源重熔过程中B与涂层中的O形成B2O3浮于熔池表层，有效保护熔池氧化，进一步降低喷涂层的氧化物含量；重熔过程中形成Cr2B3硬质相，进一步提高涂层耐磨性和耐冲蚀性能，另外B元素在重熔过程中具有自钎焊性能，改善熔融金属的流动性，提高涂层的内聚强度。NbFe粉:重熔喷涂层过程中Nb与O易于结合形成Nb2O3浮于熔池表层，降低重熔层氧化物含量；同时重熔后Nb元素起到强化晶界、提高涂层内聚强度、耐磨性，减小重熔层开裂倾向的作用。混合Re粉:喷涂过程中混合稀土元素起到净化基体表面，提高熔滴润湿性和铺展性，提高涂层结合强度。重熔涂层过程中混合稀土元素起到细化晶粒，强化晶界，起到提高重熔层耐磨性、耐冲蚀性和降低重熔层开裂性能的作用。本专利技术的制备方法采用现有的粉芯丝材制备技术，包括以下步骤:1、将0.3X IOmm的08F低碳钢带轧成U型，再向U型槽中添加上述粉芯成分，填充率为32 35%。2、将U型槽合口，使粉芯成分包裹其中，通过拉丝模逐级拉拔、减径，最终使直径达到2.0mm。本专利技术的有益效果:合理设计粉芯丝材各组分的质量百分比，与现有电弧喷涂粉芯丝材成分不同在于本专利技术粉芯丝材中添加了自熔剂成分及合金强化元素，在涂层重熔过程中起到去氧和防止开裂的作用，且合金元素扩散形成新的硬质耐磨相，提高重熔层的耐磨性及乃冲蚀性能，采用钨极氩弧重熔对本专利技术制备的涂层后涂层与及基体达到冶金结合、涂层硬度达770HVa1、孔隙率降低为2.6%、氧化物含量降低为2.47%，耐冲蚀性能及耐磨性较好，本专利技术丝材可广泛应用于重载车辆、工程机械、矿山机械等受高载荷、强冲击、磨损工况苛刻的零部件表面磨损修复及新品表面强化。推广应用将带来重大的经济效益，具有重要的现实意义。附图说明图1电弧喷涂层表面宏观照片图2钨极氩弧重熔喷涂层厚表面宏观照片图3电弧喷涂层X射线衍射相分析结果图4钨极氩弧重熔喷涂层X射线衍射相分析结果图5电弧喷涂层截面微观组织照片图6钨极氩弧重熔喷涂层截面微观组织照片图7钨极氩弧重熔喷涂层截面微区放大组织照片图8电弧喷涂层、钨极氩弧重熔层、基体45钢摩擦系数曲线图具体实施例方式一、本专利技术所述可适用于重熔的电弧喷涂粉芯丝材的组成:外皮为0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可用于重熔的电弧喷涂粉芯丝材，其特征在于，粉芯丝材各元素质量百分含量范围如下：Ni粉：6～15%；Cr粉：5～13%；Al粉：4～8%；BFe粉：5～7%；NbFe粉：3～5%；混合稀土镍粉：1～3%，余量：Fe粉；其中混合稀土镍粉成分由质量百分含量为60%的Ni和40%的混合Re组成，所述混合Re由质量百分含量为25～28%的La；48～52%的Ce；14～17%的Nb和4～6%的Pu组成。

【技术特征摘要】
1.一种可用于重熔的电弧喷涂粉芯丝材，其特征在于，粉芯丝材各元素质量百分含量范围如下:Ni粉:6 15% ；Cr粉:5 13% ；A1粉:4 8% ；BFe粉:5 7% ；NbFe粉:3 5% ；混合稀土镍粉:...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏世丞，徐滨士，田浩亮，陈永雄，梁秀兵，童辉，刘毅，
申请(专利权)人：中国人民解放军装甲兵工程学院，
类型：发明
国别省市：