[發明專利]一種提高攪拌摩擦焊用攪拌頭耐磨耐高溫性能的方法

在審

• 申請號: 201510867276.4
• 申請日: 2015-11-30
• 公開（公告）號: CN105463451A
• 公開（公告）日: 2016-04-06
• 發明（設計）人: 王洪鐸;王快社;王文
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學;西安石油大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C19/05;B22F1/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

1.一種提高攪拌摩擦焊用攪拌頭耐磨耐高溫性能的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)加工制造攪拌頭基體：

將鑄態高速工具鋼W18Cr4V采用自由鍛+模鍛鍛造技術加工成所需的毛坯攪拌頭，毛坯攪拌頭包括夾持部分1、凹型軸肩2和錐形攪拌針4，夾持部分1與凹型軸肩2圓弧過度，凹型軸肩2與錐形攪拌針4為圓弧過度，鍛造后的毛坯攪拌頭立即放入白灰箱緩冷，緩冷至室溫后進行等溫退火，隨后采用磨削加工去除鍛造氧化皮并修整夾持部分1、凹型軸肩2和錐形攪拌針4，再采用淬火+三次回火熱處理工藝獲得攪拌頭基體；

(2)配制耐磨耐高溫涂層粉末：

耐磨耐高溫涂層粉末的原料包括：WC陶瓷增強相粉末、稀土氧化物La₂O₃、γ′相生成元素Al、Ti粉末、穩定γ′相元素Nb粉末以及鎳基自熔性合金粉末Ni60，按重量百分比依次為：(20～25)％WC、(0.8～1.2)％La₂O₃、(3.2～3.7)％Al、(3.0～3.5)％Ti、(0.6～1.0)％Nb，余量為Ni60，上述粉末粒度為：-100～+300目；稀土氧化物La₂O₃純度為99.99％；鎳基自熔性合金Ni60，其組分的質量百分含量為碳1.6～1.85％，硅4.0～4.7％，硼2.9～3.1％，鐵3.3～3.5％，鉻15.6～15.9％，余量為Ni；將上述按比例配置好的原料粉末置于密封容器中，放入混料機中機械混合1～3h使之均勻，再對混合好的粉末用干燥箱160℃下干燥2h；

(3)攪拌頭基體表面預置耐磨耐高溫涂層粉末：

將步驟2按一定比例配制混合好的鎳基陶瓷復合合金原料粉末采用預置粉末的方法預置到攪拌頭凹型軸肩2和錐形攪拌針4基體表面，使預置粉末層厚度為0.8～2.0mm；

(4)耐磨耐高溫涂層制備：

采用半導體激光器使預置在凹型軸肩2和錐形攪拌針4表面的鎳基陶瓷復合合金粉末與基體表面層同時熔化，快速凝固后形成與基體成冶金結合的耐磨耐高溫涂層；凹型軸肩2表面涂層形狀為環形3，錐形攪拌針4表面涂層形狀為螺旋形5。

2.根據權利要求1所述的一種提高攪拌摩擦焊用攪拌頭耐磨耐高溫性能的方法，其特征在于，步驟(1)所述的自由鍛+模鍛是將鑄態高速鋼先經過自由鍛方式反復鐓粗和拔長，再經過模鍛方式成形。

3.根據權利要求1所述的一種提高攪拌摩擦焊用攪拌頭耐磨耐高溫性能的方法，其特征在于，步驟(1)所述的等溫退火是將攪拌頭基體加熱至850-870℃，保溫3-4h后采用10-20℃/h的速度冷卻至500℃以下出爐，或冷卻至740-760℃，保溫4-6h后，再冷卻至600℃以下出爐。

4.根據權利要求1所述的一種提高攪拌摩擦焊用攪拌頭耐磨耐高溫性能的方法，其特征在于，步驟(3)所述預置粉末方法步驟為：

一、將質量濃度5％的PVA粘結劑加入混合均勻的粉末攪拌調成糊狀態，兩者質量比為1:2；

二、將糊狀態預置粉末放入烘箱50℃保溫20min；

三、將充分稀釋的糊狀預置粉末均勻涂覆在凹型軸肩2和錐形攪拌針4基體表面；

四、采用與凹型軸肩2和錐形攪拌針4形狀一致的模具壓平預置粉末層；

五、將預置粉末層自然干燥后再放入烘箱45℃烘干3.5～4h待用。

5.根據權利要求1所述的一種提高攪拌摩擦焊用攪拌頭耐磨耐高溫性能的方法，其特征在于，步驟(4)所述凹型軸肩2表面涂層形狀為環形3，其具體工藝為:采用激光器熔敷凹型軸肩2表面預置的鎳基陶瓷復合合金粉末獲得涂層，涂層為由軸肩外圓到軸心厚度逐漸減薄的三個環形同心圓耐磨耐高溫涂層，環形寬度2～2.5mm，環形涂層厚度由最外層1～1.5mm逐漸減薄到最內層0.5～0.8mm。

6.根據權利要求1所述的一種提高攪拌摩擦焊用攪拌頭耐磨耐高溫性能的方法，其特征在于，步驟(4)錐形攪拌針4表面涂層形狀為螺旋形5，其具體工藝為采用激光器熔敷錐形攪拌針4表面預置的鎳基陶瓷復合合金粉末獲得螺旋形涂層5，錐形攪拌針4錐度為1:1.5；螺旋形涂層5螺旋升角為：60～75°；螺旋形涂層5寬度2～2.5mm；螺旋形涂層厚度0.5～0.8mm；螺旋形涂層為左旋，斷面為圓弧形。

7.根據權利要求6所述的一種提高攪拌摩擦焊用攪拌頭耐磨耐高溫性能的方法，其特征在于，步驟(4)所述耐磨耐高溫涂層粉末的原料，采用激光熔敷制備成耐磨耐高溫涂層，其主要相組成包括：γ-Ni、FeNi₃、W₂C、Cr₂₃C₆、Cr₇C₃、Ni₃(Al，Ti)型γ′相及TiO₂。