一种耐高温耐磨焊丝及其制备方法
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; 授权; |
| 专利有效性 | 有效专利 | 当前状态 | 授权 |
| 申请号 | CN202111579383.9 | 申请日 | 2021-12-22 |
| 公开(公告)号 | CN114378473A | 公开(公告)日 | 2022-04-22 |
| 申请人 | 江苏沃盾耐磨新材料有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 赵有恒; 李昆; 邓航海; 张军; | 第一发明人 | 赵有恒 |
| 权利人 | 江苏沃盾耐磨新材料有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 江苏沃盾耐磨新材料有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：江苏省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：江苏省淮安市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：江苏省淮安市洪泽经济开发区开拓路西侧、金鸡路南侧 | 邮编 | 当前专利权人邮编：223001 |
| 主IPC国际分类 | B23K35/02 | 所有IPC国际分类 | B23K35/02 ; B23K35/28 ; B23K35/30 ; B23K35/40 |
| 专利引用数量 | 11 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 8 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 北京广溢知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 李枝玲; |
| 摘要 | 本 发明 公开了一种耐高温耐磨 焊丝 及其制备方法，涉及 焊接 材料技术领域。先将氮化铬、 碳 化 硼 、 铁 粉、 氧 化 钙 和萤石混合，制备得到药芯混合料；再使用 钛 硅 铝 合金 对药芯混合料进行包裹，制备得到半成品焊丝；最后对半成品焊丝进行熔融减径 拉丝 ，制备得到耐高温耐磨焊丝；熔融态的钛硅 铝合金 在耐高温耐磨焊丝中形成致密的氧化铝和硅氧化膜，并且形成高熔点和高硬度的氮化钛、碳化钛和二硼化钛陶瓷硬质相颗粒，同时还大量消耗了药芯混合料中的碳元素避免过量碳元素消耗大量铬元素形成化合物导致晶间 腐蚀 ，从而使本发明制得的耐高温耐磨焊丝具有良好的 耐磨性 能、耐高温性和 耐腐蚀性 能。 | ||
| 权利要求 | 1.一种耐高温耐磨焊丝，其特征在于，按重量份数计，主要包括20～30份钛硅铝合金、 |
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| 说明书全文 | 一种耐高温耐磨焊丝及其制备方法技术领域背景技术[0002] 磨损、腐蚀和断裂是材料和能源消耗的三个主要形式。其中，在金属材料应用领域，磨损作为主要的失效形式不容忽视，由它所导致的材料和能源消耗十分巨大。磨损失效不仅会造成资源的巨大浪费，而且还可能直接或间接的酿成灾难性事故。工业领域的机械设备中普遍都存在着磨损现象，特别是在矿山机械、农业机械、工程机械和铸造机械等方面尤为明显。随着我国经济社会的快速发展，磨损已成为制约我国机械行业快速发展的主要原因之一。所以，提高材料的耐磨性和延长材料的使用寿命就成为当今世界面临的重要课题。 [0003] 通过表面涂覆、表面改性和表面处理等表面工程技术，可以在基体材料表面制备性能优于基体材料的熔覆层，从而显著改善基体材料表面的性能。因而，作为制造与再制造的基本方法之一，表面工程技术已经成为一门重要的科学技术，满足了众多生产厂商的不同需求，取得了较为显著的经济效益和社会效益。在众多表面强化技术中，堆焊方法制备的堆焊层和基材之间是冶金结合，结合强度较高，能够修复工作环境比较苛刻的零件，而且还具有生产率高和可应用材料种类多的优点。所以，堆焊技术在机械零件表面改性和再修复过程中应用广泛。由于绝大多数工业环境均为高温高腐蚀等恶劣环境，故而要求堆焊材料焊丝具有优良耐磨性的同时，需要具备良好的耐高温和耐腐蚀性能，这也成为了焊丝制备技术优化道路所要解决的技术难题。 [0004] 本发明关注到了这类问题，通过制备耐高温耐磨焊丝来解决这一问题。 发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种耐高温耐磨焊丝及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。 [0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案： [0010] 进一步的，所述药芯混合料按重量份数计主要包括13～14份氮化铬、2～4份碳化硼、78～80份铁粉、0.2～0.4份氧化钙、0.4～0.6份萤石。 [0011] 进一步的，一种耐高温耐磨焊丝的制备方法，主要包括以下制备步骤：药芯混合料的制备、半成品焊丝的制备、利用熔融减径拉丝工艺制备耐高温耐磨焊丝。 [0012] 进一步的，所述耐高温耐磨焊丝的制备方法主要包括以下制备步骤： [0014] (2)将钛硅铝合金用乙醇洗涤3～5次，常温下晾1～2h，随后在1100～1150℃、2.5～3.4MPa条件下，将钛硅铝合金轧制成直径为3.2～3.4mm的“U”型，将钛硅铝合金质量3～4倍的药芯混合料填充入其中，再在相同温度和压力条件下将钛硅铝合金轧制成直径为2.6～2.8mm的“0”型，制备得到“0”型焊丝；在1500℃～1600℃、5～6MPa条件下，对“0”型焊丝两端3～5cm处进行轧制密封，得到半成品焊丝； [0015] (3)在氩气保护下，将半成品焊丝放入加热炉中，以1～3℃/s升温至1850～1950℃加热熔融40～60min，随后放入拉丝设备内，在相同温度下以20～30m/min进行拉拔5～7次，对焊丝中间以1100～1150℃进行退火处理15～30min，用25～26℃去离子水冷却洗涤4～6次，放入50～60℃烘箱烘1～2h，得到耐高温耐磨焊丝。 [0016] 进一步的，步骤(2)所述钛硅铝合金的厚度为0.8～1.2mm。 [0017] 进一步的，步骤(3)所述拉丝设备中拉拔模具的孔径为1.1～1.3mm。 [0018] 与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是： [0019] 本发明制备耐高温耐磨焊丝时，先将氮化铬、碳化硼、铁粉、氧化钙和萤石混合得到药芯混合料，再使用钛硅铝合金对药芯混合料进行包裹，最后进行熔融减径拉丝，制备得到耐高温耐磨焊丝；本发明制备得到的耐高温耐磨焊丝具有良好的耐高温性能、耐磨性能和耐腐蚀性能。 [0020] 在熔融减径拉丝过程中，熔融态的钛硅铝合金与药芯相融合，铝、硅与氧气反应形成致密的氧化铝和硅氧化膜，阻止了氧原子的进一步扩散，增强了耐高温耐磨焊丝的耐腐蚀性能；钛和碳化硼、氮化铬反应形成高熔点和高硬度的氮化钛、碳化钛和二硼化钛陶瓷硬质相颗粒，提高了耐高温耐磨焊丝的耐高温性能；氮化钛、碳化钛和二硼化钛陶瓷硬质相颗粒成为异质形核的核心，细化了焊丝中的晶粒，提高了耐高温耐磨焊丝的强度和韧性，避免了硅的引入导致堆焊合金脆性过大使耐高温耐磨焊丝的耐磨性减小；并且，钛元素活性较强，可以大量消耗碳化硼中的碳，避免过量的碳在焊丝晶粒边界扩散在晶间与铬形成化合物，导致晶界附近含铬量减少，产生晶间腐蚀，进一步增强了耐高温耐磨焊丝的耐腐蚀性能；碳化硼与铬、铁、钛等金属形成高硬度的金属硼化物和金属碳化物，增强了耐高温耐磨焊丝的耐磨性能；由于硼在铁基体中的固溶量较小，碳化硼中硼一般聚集在晶界附近，能起到晶界强化的作用并且能够细化基体组织和碳化物晶粒，进一步提高耐高温耐磨焊丝的耐磨性。 具体实施方式[0021] 下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0022] 为了更清楚的说明本发明提供的方法通过以下实施例进行详细说明，在将以下实施例中制备得到的耐高温耐磨焊丝的各指标测试方法如下： [0023] 耐磨性：取相同长度的实施例和对比例制备得到的耐高温耐磨焊丝按照GB/T230.1标准法测定耐高温耐磨焊丝的洛氏硬度来测定耐磨性能。 [0024] 耐腐蚀性：取相同长度的实施例和对比例制备得到的耐高温耐磨焊丝按照GB/T4334标准法测定耐高温耐磨焊丝的耐腐蚀性能。 [0025] 耐高温性：取相同长度的实施例和对比例制备得到的耐高温耐磨焊丝通过测定高温下耐高温耐磨焊丝的断裂收缩率来测定耐高温耐磨焊丝的耐高温性能，先测量耐高温耐磨焊丝的截面积记为A0，再以10℃/s将耐高温耐磨焊丝升温至980℃，随后以5℃/s升温至‑31030℃，保温30s后以2℃/s降温至1000℃继续保温30s，随后以5*10 /s的应变速率将试样拉断，测量拉断后耐高温耐磨焊丝的截面积记为A1，断裂收缩率＝(A0‑A1)*100％/A0。 [0026] 实施例1 [0027] 一种耐高温耐磨焊丝，按重量份数计，主要包括20份钛硅铝合金、60份药芯混合料。 [0028] 一种耐高温耐磨焊丝的制备方法，所述耐高温耐磨焊丝的制备方法主要包括以下制备步骤： [0029] (1)在25℃下，将氮化铬、碳化硼、铁粉、氧化钙和萤石按质量比13：2：78：0.2：0.4混合研磨，过80目筛，用乙醇洗涤3次，放入50℃烘箱烘1h后，自然冷却至室温，得到药芯混合料； [0030] (2)将0.8mm厚的钛硅铝合金用乙醇洗涤3次，常温下晾1h，随后在1100℃、2.5MPa条件下，将钛硅铝合金轧制成直径为3.2mm的“U”型，将钛硅铝合金质量3倍的药芯混合料填充入其中，再在相同温度和压力条件下将钛硅铝合金轧制成直径为2.6mm的“0”型，制备得到“0”型焊丝；在1500℃℃、5MPa条件下，对“0”型焊丝两端3cm处进行轧制密封，得到半成品焊丝； [0031] (3)在氩气保护下，将半成品焊丝放入加热炉中，以1℃/s升温至1850℃加热熔融40min，随后放入拉拔模具的孔径为1.1mm的拉丝设备内，在相同温度下以20m/min进行拉拔 5次，对焊丝中间以1100℃进行退火处理15min，用25℃去离子水冷却洗涤4次，放入50℃烘箱烘1h，得到耐高温耐磨焊丝。 [0032] 实施例2 [0033] 一种耐高温耐磨焊丝，按重量份数计，主要包括25份钛硅铝合金、90份药芯混合料。 [0034] 一种耐高温耐磨焊丝的制备方法，所述耐高温耐磨焊丝的制备方法主要包括以下制备步骤： [0035] (1)在25.5℃下，将氮化铬、碳化硼、铁粉、氧化钙和萤石按质量比13.5：3：79：0.3：0.5混合研磨，过90目筛，用乙醇洗涤4次，放入55℃烘箱烘1.5h后，自然冷却至室温，得到药芯混合料； [0036] (2)将1mm厚的钛硅铝合金用乙醇洗涤4次，常温下晾1.5h，随后在1125℃、2.9MPa条件下，将钛硅铝合金轧制成直径为3.3mm的“U”型，将钛硅铝合金质量3.5倍的药芯混合料填充入其中，再在相同温度和压力条件下将钛硅铝合金轧制成直径为2.7mm的“0”型，制备得到“0”型焊丝；在1550℃、5.5MPa条件下，对“0”型焊丝两端4cm处进行轧制密封，得到半成品焊丝； [0037] (3)在氩气保护下，将半成品焊丝放入加热炉中，以2℃/s升温至1900℃加热熔融50min，随后放入拉拔模具的孔径为1.2mm的拉丝设备内，在相同温度下以25m/min进行拉拔 6次，对焊丝中间以1125℃进行退火处理22.5min，用25.5℃去离子水冷却洗涤5次，放入55℃烘箱烘1.5h，得到耐高温耐磨焊丝。 [0038] 实施例3 [0039] 一种耐高温耐磨焊丝，按重量份数计，主要包括30份钛硅铝合金、120份药芯混合料。 [0040] 一种耐高温耐磨焊丝的制备方法，所述耐高温耐磨焊丝的制备方法主要包括以下制备步骤： [0041] (1)在26℃下，将氮化铬、碳化硼、铁粉、氧化钙和萤石按质量比14：4：80：0.4：0.6混合研磨，过100目筛，用乙醇洗涤5次，放入60℃烘箱烘2h后，自然冷却至室温，得到药芯混合料； [0042] (2)将1.2mm厚的钛硅铝合金用乙醇洗涤5次，常温下晾2h，随后在1150℃、3.4MPa条件下，将钛硅铝合金轧制成直径为3.4mm的“U”型，将钛硅铝合金质量4倍的药芯混合料填充入其中，再在相同温度和压力条件下将钛硅铝合金轧制成直径为2.8mm的“0”型，制备得到“0”型焊丝；在1600℃、6MPa条件下，对“0”型焊丝两端5cm处进行轧制密封，得到半成品焊丝； [0043] (3)在氩气保护下，将半成品焊丝放入加热炉中，以3℃/s升温至1950℃加热熔融60min，随后放入拉拔模具的孔径为1.3mm的拉丝设备内，在相同温度下以30m/min进行拉拔 7次，对焊丝中间以1150℃进行退火处理30min，用26℃去离子水冷却洗涤6次，放入60℃烘箱烘2h，得到耐高温耐磨焊丝。 [0044] 对比例1 [0045] 对比例1的处方组成同实施例2。该耐高温耐磨焊丝的制备方法与实施例2的区别仅在于步骤(1)的不同，将步骤(1)修改为：在25.5℃下，将铬粉、碳化硼、铁粉、氧化钙和萤石按质量比13.5：3：79：0.3：0.5混合研磨，过90目筛，用乙醇洗涤4次，放入55℃烘箱烘1.5h后，自然冷却至室温，得到药芯混合料。其余制备步骤同实施例2。 [0046] 对比例2 [0047] 对比例1的处方组成同实施例2。该耐高温耐磨焊丝的制备方法与实施例2的区别仅在于步骤(1)的不同，将步骤(1)修改为：在25.5℃下，将氮化铬、石墨、铁粉、氧化钙和萤石按质量比13.5：0.3：79：0.3：0.5混合研磨，过90目筛，用乙醇洗涤4次，放入55℃烘箱烘1.5h后，自然冷却至室温，得到药芯混合料。其余制备步骤同实施例2。 [0048] 对比例3 [0049] 一种耐高温耐磨焊丝，按重量份数计，主要包括90份药芯混合料。 [0050] 一种耐高温耐磨焊丝的制备方法，所述耐高温耐磨焊丝的制备方法主要包括以下制备步骤： [0051] (1)在25.5℃下，将氮化铬、碳化硼、铁粉、氧化钙和萤石按质量比13.5：3：79：0.3：0.5混合研磨，过90目筛，用乙醇洗涤4次，放入55℃烘箱烘1.5h后，自然冷却至室温，得到药芯混合料； [0052] (2)在氩气保护下，将药芯混合料放入加热炉中，以2℃/s升温至1900℃加热熔融50min，得到直径为3.3mm的药芯金属锭；随后将药芯金属锭放入拉拔模具的孔径为1.2mm的拉丝设备内，在相同温度下以25m/min进行拉拔6次，对焊丝中间以1125℃进行退火处理 22.5min，用25.5℃去离子水冷却洗涤5次，放入55℃烘箱烘1.5h，得到耐高温耐磨焊丝。 [0053] 对比例4 [0054] 一种耐高温耐磨焊丝，按重量份数计，主要包括25份钛硅铝合金、90份药芯混合料。 [0055] 一种耐高温耐磨焊丝的制备方法，所述耐高温耐磨焊丝的制备方法主要包括以下制备步骤： [0056] (1)在25.5℃下，将氮化铬、碳化硼、铁粉、氧化钙和萤石按质量比13.5：3：79：0.3：0.5混合研磨，过90目筛，用乙醇洗涤4次，放入55℃烘箱烘1.5h后，自然冷却至室温，得到药芯混合料； [0057] (2)将1mm厚的钛硅铝合金用乙醇洗涤4次，常温下晾1.5h，随后在1125℃、2.9MPa条件下，将钛硅铝合金轧制成直径为3.3mm的“U”型，将钛硅铝合金质量3.5倍的药芯混合料填充入其中，再在相同温度和压力条件下将钛硅铝合金轧制成直径为2.7mm的“0”型，制备得到“0”型焊丝；在1550℃、5.5MPa条件下，对“0”型焊丝两端4cm处进行轧制密封，得到半成品焊丝。 [0058] 效果例 [0059] 下表1给出了采用本发明实施例1至3与对比例1至4制备得到的耐高温耐磨焊丝的耐磨性能、耐高温性和耐腐蚀性能的分析结果。 [0060] 表1 [0061] 洛氏硬度/(HRC) 耐腐蚀性(％) 耐高温性(％)实施例1 67 0.79 63.25 实施例2 68 0.78 63.30 实施例3 66 0.80 63.28 对比例1 67 0.77 60.32 对比例2 58 0.80 55.25 对比例3 57 2.32 48.65 对比例4 56 0.79 47.52 [0062] 从表1中可发现实施例1、2、3制备得到的耐高温耐磨焊丝具有良好的耐磨性能、耐高温性和耐腐蚀性能；从实施例1、2、3和对比例1的实验数据比较可发现，利用含有氮化铬的药芯混合料制备耐高温耐磨焊丝，氮化铬和钛硅铝合金中的钛形成耐高温的氮化钛，得到的耐高温耐磨焊丝耐高温性较强；从实施例1、2、3和对比例2的实验数据比较可发现，利用含有碳化硼的药芯混合料制备耐高温耐磨焊丝，碳化硼和钛硅铝合金中的钛形成碳化钛和二硼化钛陶瓷硬质相颗粒，得到的耐高温耐磨焊丝耐高温性和耐磨性较强；从实施例1、2、3和对比例3的实验数据可发现，仅利用药芯混合料制备耐高温耐磨焊丝，无法形成致密的氧化铝和硅氧化膜，并且无法形成氮化钛、碳化钛和二硼化钛陶瓷硬质相颗粒，药芯混合料中过量的碳与铬形成化合物，产生晶间腐蚀，制备得到的耐高温耐磨焊丝的耐高温性、耐腐蚀性和耐磨性较弱；从实施例1、2、3和对比例4的实验数据可发现，仅使用钛硅铝合金对药芯混合料进行包裹，无法形成氮化钛、碳化钛和二硼化钛陶瓷硬质相颗粒，耐高温耐磨焊丝的耐高温性和耐磨性较弱。 [0063] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。 |
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