[發明專利]一種表面強化用高耐磨熔覆金屬陶瓷粉料及其使用方法

在審

• 申請號: 202010422081.X
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111440979A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 何麗娜;李強;馬貴良
• 申請（專利權）人: 唐山中茂科技有限公司
• 主分類號: C22C29/02
• 分類號: C22C29/02;C22C1/05;C22C1/10;B22F1/00;C23C24/10
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 王永紅

本發明涉及一種表面強化用高耐磨熔覆金屬陶瓷粉料，其包括耐磨強化相和韌性粘結劑；所述耐磨強化相為WC，所述韌性粘結劑為含有鉻、鉬、錳的鎳基合金；所述熔覆金屬陶瓷粉還包含作為熔覆輔助劑的B和Si，以及用于調節熔覆層的合金組織結構的稀土元素Ce和稀土氧化物Y₂O₃；鎳基合金質量百分比為40?46%，WC的質量百分比為54%?60%。本發明的熔覆金屬陶瓷粉料，是以鎳基合金為韌性粘結劑和溶劑，以WC為強化相，再適當比例添加Si和B，以確保激光熔覆的可行性和有效性，最后添加較大比例的稀土元素或氧化物，來改善熔覆層合金組織結構，使熔覆金屬陶瓷粉料獲得優越的激光加工性能，實現了適當降低合金熔點，減少大面積激光熔覆過程中的開裂傾向，改善激光強化綜合性能的技術效果。

技術領域

本發明涉及材料技術領域，尤其是一種用于有高耐磨需求的工件表面強化用高耐磨熔覆金屬陶瓷粉料及其使用方法。

背景技術

磨損是導致零部件失效的一種基本類型。通常意義上來講，磨損是指零部件幾何尺寸(體積)變小。零部件失去原有設計所規定的功能就會失效，而高溫磨損更會導致工件加速失效。

例如，熱軋輥是軋制生產線上的關鍵部件，其中某些合金軋輥因具有良好的導熱和抗熱疲勞能力而常被用作中軋過渡道次軋輥。這些軋輥服役工作時受到較大噸位的工作壓力及沖擊作用，而且表面直接和高于1000℃的高溫軋材接觸，因而更易導致磨損和熱疲勞。大型軋鋼機的軋輥，尺寸大、精度高、價格昂貴，因失效不得不頻繁的更換，致使鋼廠的噸鋼軋輥成本相當高。又比如，冶金軋制線上推鋼擋板和導衛是特鋼熱軋線夾持鋼坯換孔型的擋板，主要起夾持鋼坯、推擋和導衛作用。擋板的工作環境，需要頻繁夾持接觸熱軋板材，推送到預軋制孔型，反復承受接近1150℃高溫的熱軋板坯的熱傳導和空冷狀態交替變化。對擋板一定范圍面積內的工作表面有熱腐蝕、不同程度的磨損沖擊和劃傷等失效模式，導致擋板使用壽命縮短。因此，采用適當的表面處理工藝對軋輥、或擋板等有耐高溫耐磨損需求的工件表面進行修復和強化處理，提高工作表面的耐磨性和抗熱疲勞性，是目前鋼鐵企業降低成本、提高工效的有效措施。

通過對熱軋輥或擋板等表面進行激光表面強化處理是一種有效措施，可以使工件表面的硬度較基體硬度大幅提高，可達到或超過HRC 60以上。生產實踐證明，激光表面強化處理后的型鋼軋輥的過鋼量可翻倍提高，且軋輥表面磨損均勻，強化效果十分明顯。各種耐磨板經過激光熔覆高溫耐磨材料后，表面硬度大幅提升，具有了耐高溫磨損性能。過鋼量的翻倍增加，不僅大大降低了軋鋼成本，減少了停機換輥和換擋板時間，提高了軋制鋼材的生產效率，而且降低了軋鋼工人的勞動強度，獲得了顯著的經濟效益和社會效益。

但是，常規熱處理硬化層的硬度從表面到內部有明顯的硬度下降梯度，表面硬度最高，耐磨性最好，但隨著服役時間增加，表面逐漸被磨去，接觸面的硬度值逐漸降低，磨損隨之加劇，最終導致因磨損量過大而失效。生產實踐表明，若采用合適的激光熔覆技術處理，可以在高溫耐磨工件表面獲得深達超過1～2毫米的強化層，硬度可達HRC60以上。其顯微組織由一定厚度的復合材料熔凝層與相變強化層所組成，熔覆層的硬度值達到最大，而且在整個強化厚度區基本保持一致。值得指出的是，表層主要是硬質相的強化，深層是相變強化，整個硬化層的硬度分布幾乎無梯度變化，這對提高零件的耐磨損壽命十分重要。

激光熔覆金屬陶瓷材料是通過大功率激光束的作用，形成均勻、致密且與基體結合牢固并具有一定韌性的金屬陶瓷復合層。金屬陶瓷材料具有一般金屬材料難以比擬的耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化性能，熱穩定性好，化學穩定性高，適用于要求耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化性的零件。與一般熔覆材料不同，金屬陶瓷材料激光強化的硬化層硬度值保持在高值，當表面磨去后，新的接觸面的硬度值并未下降，耐磨性能仍然很好，因而不會發生磨損隨之加劇的現象，大大提高了耐磨損壽命。另一方面，金屬陶瓷強化層里還具有較高的壓應力，這也有利于改善軋輥及耐磨板的耐磨性和抗熱-機械疲勞性。