專利名稱：一種用于反應(yīng)合成陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料熔覆層的粉芯絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于常溫或高溫抗磨表面技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種用于反應(yīng)合成陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料熔覆層的粉芯絲。

背景技術(shù)：
作為結(jié)構(gòu)用陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料具有耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，在民用和國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域中具有廣泛的用途。國(guó)際上通常將由陶瓷和金屬組成的復(fù)合材料稱為金屬陶瓷，金屬陶瓷由金屬粘結(jié)相和陶瓷相組成(陶瓷相質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為60-95％)。塊體金屬陶瓷主要采用燒結(jié)法制備，其中WC-Co金屬陶瓷得到了最為廣泛的應(yīng)用。由于制備成本高、工藝復(fù)雜，金屬陶瓷大多用作刀具刀頭、鉆頭類材料。W、Co為戰(zhàn)略資源，為了減少對(duì)W、Co資源的消耗，很有必要開(kāi)發(fā)不含W、Co或W、Co含量很低的陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料。TiC陶瓷的顯微硬度為2800-3200HV、熔點(diǎn)為3150-3200℃、抗氧化溫度為1100℃，而WC陶瓷的顯微硬度為2080-2200HV、熔點(diǎn)為2600℃、抗氧化溫度為500-800℃。Ti元素在地殼中的含量豐富，因此，拓展TiC陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域具有十分重要的戰(zhàn)略意義。
在耐磨表面技術(shù)領(lǐng)域中，已有高硬度電弧堆焊焊條主要靠高硬度的高碳合金馬氏體及高硬度碳化物(如WC、Cr7C3)獲得較高硬度和耐磨性，或在焊絲外包裹藥皮，藥皮內(nèi)組分在焊接過(guò)程中形成細(xì)小碳化物彌散于堆焊層基體材料中。堆焊過(guò)程所能形成的TiC、WC、VC等高熔點(diǎn)、高硬度陶瓷相所占體積分?jǐn)?shù)一般顯著小于基體材料體積分?jǐn)?shù)，上述焊條所能達(dá)到的硬度范圍為50-68HRC。
熱噴涂技術(shù)可用于制備陶瓷-金屬表面復(fù)合涂層，但涂層存在結(jié)合強(qiáng)度較低(涂層與基體一般為機(jī)械或半冶金結(jié)合)、孔隙率較高(1-10％)、涂層厚度一般小于1mm等局限性，涂層厚度和結(jié)合強(qiáng)度無(wú)法滿足一些大型磨損部件在嚴(yán)重磨損環(huán)境下長(zhǎng)壽命工作的要求。
以激光為代表的高能束熔覆技術(shù)可獲得組織致密的熔覆層，常用激光熔覆材料主要包括鎳基、鐵基、鈷基、銅基自熔合金、以及上述合金與碳化物顆粒組成的復(fù)合粉末等。例如92108749.7號(hào)申請(qǐng)專利介紹了一種利用激光在金屬表面熔覆耐磨層的方法。該工藝采用粒度為0.5-1.2mm的燒結(jié)碳化鎢顆粒作為硬質(zhì)相，F(xiàn)e基、Ni基或Co基自熔合金作為粘結(jié)相，利用大功率CO2激光器作為熱源，將粗顆粒碳化鎢金屬陶瓷層涂覆于金屬表面。激光等高能束技術(shù)的特點(diǎn)為(1)單次熔覆所得覆層厚度一般小于1mm；(2)激光光斑面積小、工作效率較低，熔覆時(shí)產(chǎn)生的搭接面多，影響了熔覆層的整體耐磨性能；(3)成套設(shè)備較昂貴、運(yùn)行成本較高。
等離子弧技術(shù)是一種有效提高電弧能量密度的低成本處理技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)將電弧機(jī)械壓縮，形成約有1％以上氣體被電離的等離子體，弧柱溫度可達(dá)10000-24000K，遠(yuǎn)高于自由電弧溫度。目前該技術(shù)主要用于焊接和熔覆各種合金材料。如采用熔覆外加陶瓷顆粒的方法，由于等離子弧的能量密度有限，使添加的WC、TiC等陶瓷相的體積分?jǐn)?shù)受到限制，外加陶瓷相所占體積分?jǐn)?shù)一般小于60％。
與外加陶瓷增強(qiáng)體復(fù)合工藝相比，反應(yīng)合成主要具有以下優(yōu)點(diǎn) (1)增強(qiáng)相是在基體中原位生成的熱力學(xué)穩(wěn)定相，與基體間相容性好，界面結(jié)合強(qiáng)度高。(2)增強(qiáng)相在基體中直接生成，工藝簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低。
采用等離子弧熔覆預(yù)敷層法可制備陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料熔覆層。申請(qǐng)?zhí)枮?00610098005.8的發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)峁┮环N利用等離子弧熔覆預(yù)敷層原位生成TiC/金屬熔覆涂層的方法。其特征是配制預(yù)涂涂料，按照TiC的化學(xué)計(jì)量比，配置石墨和鈦粉，與鐵基或鎳基或鈷基粉末混合作為預(yù)涂涂料。將以上混合粉末用有機(jī)粘結(jié)劑混合均勻，呈糊狀，將混合料涂敷在金屬表面，用等離子體在預(yù)涂混合涂料的金屬表面連續(xù)掃描，經(jīng)熔覆后，金屬表面得到連續(xù)或單道熔覆層。但該方法采用預(yù)敷法時(shí)，等離子弧不能直接作用到基體表面，由于等離子弧能量密度和穿透深度的限制，預(yù)敷層中Ti與C粉所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)和預(yù)敷層厚度均受到限制，Ti粉與C粉質(zhì)量之和為預(yù)敷層總質(zhì)量的5-40％。該發(fā)明申請(qǐng)未說(shuō)明是否可通過(guò)多層重復(fù)熔覆制備厚度大于2mm的熔覆層，且生成TiC相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-40％，熔覆層硬度為680-740HV，該硬度與高鉻鑄鐵類耐磨合金的硬度相當(dāng)。
已有的同步送粉式等離子弧熔覆技術(shù)適合于熔覆合金粉末或添加一定數(shù)量石墨碳粉的復(fù)合粉末。由于石墨碳粉比重僅為2.21-2.26g/cm3，熔點(diǎn)高達(dá)3500℃，如在粉末中添加石墨碳粉，則存在石墨碳粉在送粉熔覆過(guò)程的飛濺損失以及與Ti等金屬反應(yīng)不完全等問(wèn)題，原位生成TiC相在熔覆層中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小，例如申請(qǐng)?zhí)枮?00610098005.8的發(fā)明專利估計(jì)TiC所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)的范圍為5-40％。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于反應(yīng)合成陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料熔覆層的粉芯絲，即一種用于利用等離子弧熔覆過(guò)程中金屬與C發(fā)生化學(xué)反應(yīng)合成碳化物陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料熔覆層的粉芯絲。
本發(fā)明粉芯絲中的復(fù)合粉末由Ti、Nb、Mo、V、Co、C和La2O3組成，各組份的范圍為，Nb6-16％，Mo0-5％，V2-10％，Co3-8％，C16-18.6％，La2O30.2-0.8％，Ti余量，均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)；以上粉末的純度均在99.5-99.8％范圍。用Ni箔包裹上述復(fù)合粉末形成粉芯絲，Ni箔的純度在99.5-99.8％范圍。Ni箔在粉芯絲中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8-30％，粉芯絲單位長(zhǎng)度質(zhì)量為1.5-4g/cm。
本發(fā)明粉芯絲內(nèi)的Ti、Nb、Mo、V粉末通過(guò)等離子弧的加熱作用與石墨碳粉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成碳化物硬顆粒，Ni、Co作為上述碳化物硬顆粒的粘結(jié)相，形成陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料熔覆層。
通過(guò)鎢極直流等離子弧焊槍對(duì)基體進(jìn)行同一面積上的1-6次熔覆，使熔覆層厚度在2-15mm范圍內(nèi)。該熔覆層由高陶瓷相含量區(qū)和擴(kuò)散區(qū)組成，其中高陶瓷相含量區(qū)中，陶瓷相體積分?jǐn)?shù)可達(dá)65-90％；高陶瓷相含量區(qū)所占厚度(該厚度隨熔覆層厚度增加而增加)可達(dá)到熔覆層總厚度的50-80％。
本發(fā)明所制備的熔覆層具有高的耐磨性和高溫耐磨耐蝕性能，其工作溫度最高達(dá)1000℃。
本發(fā)明的制備工藝及原理如下 (一)粉芯絲組元及制備 1、粉芯絲組元 粉芯絲的外皮為金屬Ni箔，其純度均在99.5-99.8％范圍。Ni箔厚度在20-100μm范圍，寬度在20-40mm范圍，長(zhǎng)度≥200mm，Ni箔質(zhì)量占粉芯絲總質(zhì)量的8-30％。Ni箔的作用是(1)作為熔覆后所形成陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料的粘結(jié)相；(2)使粉芯絲內(nèi)的復(fù)合粉末在被等離子弧加熱過(guò)程中被約束在Ni箔內(nèi)部，直至粉末發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而處于熔融狀態(tài)并與Ni、Co熔體混合形成熔滴，熔滴在重力作用下落于基體表面，從而達(dá)到防止粉末在熔覆過(guò)程中飛濺的目的。
粉芯絲中的復(fù)合粉末由Ti、Nb、Mo、V、Co、C和La2O3組成，各組份的范圍為，Nb6-16％，Mo0-5％，V2-10％，Co3-8％，C16-18.6％，La2O30.2-0.8％，Ti余量，均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)；以上粉末的純度均在99.5-99.8％范圍。
添加Nb、Mo、V等元素的第一個(gè)作用是形成NbC、MoC、VC等陶瓷相，細(xì)化晶粒。添加Nb、V、Mo的第二個(gè)作用是由于單位質(zhì)量Nb-C、V-C、Mo-C等元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)放出的熱量低于Ti-C反應(yīng)所放出的熱量(反應(yīng)合成的NbC、VC、MoC的絕熱燃燒溫度低于TiC的值)，從而降低粉芯絲中靠近等離子弧加熱段粉芯絲的自蔓延燃燒速度；添加Co的作用是改善TiC陶瓷與粘結(jié)相Ni的潤(rùn)濕性，提高熔覆層強(qiáng)度和韌性；同時(shí)吸收部分C與Ti、Nb、Mo、V等金屬反應(yīng)所放出的熱量，降低粉芯絲中的自蔓延燃燒速度。添加La2O3的作用是細(xì)化熔覆層的晶粒，并降低有害夾雜物的尺寸。
復(fù)合粉末材料配比需按以下二個(gè)步驟完成。
第一步，按前述粉芯絲組元范圍，先確定包括Nb、Mo、V、Co金屬粉末和La2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，設(shè)Nb在復(fù)合粉末中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為C1，Mo在復(fù)合粉末中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為C2，V在復(fù)合粉末中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為C3，Co在復(fù)合粉末中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為C4，La2O3在復(fù)合粉末中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為C5。第二步，當(dāng)Nb、Mo、V、Co金屬粉末和La2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)被確定后，再按TiC、NbC、MoC、VC的化學(xué)計(jì)量比配置石墨碳粉和Ti粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。設(shè)Ti粉在復(fù)合粉末中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為x，石墨碳粉在復(fù)合粉末中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為y，則可按下(1)、(2)式聯(lián)立求出x、y C1+C2+C3+C4+C5+x+y＝1 (1) 以上求出的質(zhì)量分?jǐn)?shù)x、y，需四舍五入精確到小數(shù)點(diǎn)后第3位，且近似后的x、y值滿足(1)式。
2、復(fù)合粉末混料工藝 對(duì)任一種粉末，僅需按篩分法確定粉末粒度的上限和下限值，允許粉末粒度在所選粒度范圍內(nèi)隨機(jī)分布，各組元粉末的粒度范圍分別為 C粉100-200目，Ti粉100-200目，Nb粉150-300目，Mo粉150-300目，V粉150-300目，La2O3粉150-300目。
按1中確定的組元比例配制所需質(zhì)量的復(fù)合粉末。復(fù)合粉末需在普通空氣干燥箱中干燥，干燥溫度為80-100℃，干燥時(shí)間為4-5小時(shí)；將干燥后的復(fù)合粉末放入行星式球磨機(jī)中進(jìn)行混料，混料時(shí)間為12-16小時(shí)。
3、粉芯絲的包裹工藝 利用Ni箔包裹2中混料后的復(fù)合粉末，形成粉芯絲。Ni箔在粉芯絲中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)可根據(jù)熔覆層所需耐磨性和力學(xué)性能決定，熔覆層硬度隨Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降低而提高。粉芯絲中復(fù)合粉末的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為70-92％。當(dāng)?shù)入x子弧焊槍電流在200-500A范圍內(nèi)時(shí)，粉芯絲的單位長(zhǎng)度質(zhì)量為1.5-4g/cm。根據(jù)含粉量的高低，Ni箔的厚度可在20-100μm范圍內(nèi)選擇，寬度可在20-40mm范圍內(nèi)選擇。對(duì)于用于手工送絲模式的粉芯絲，其長(zhǎng)度為200-350mm為宜；對(duì)于用于自動(dòng)送絲模式的粉芯絲，其長(zhǎng)度不受限制。
粉芯絲的包料工藝可選擇手工和機(jī)械自動(dòng)包料兩種方法。對(duì)于手工包料法，須先將Ni箔卷成圓筒狀，圓筒直徑為6-10mm，再將所需比例的粉末灌入圓筒中，將圓筒兩端壓扁封閉后，放入靜壓模具中，利用壓力為20-40噸的壓力機(jī)將粉芯絲壓實(shí)成均勻矩形截面，使粉芯絲各個(gè)截面的粉末含量均勻。當(dāng)采用機(jī)械自動(dòng)包料機(jī)包料時(shí)，其原理與普通粉芯絲包料機(jī)(如電弧噴涂粉芯絲的包料)原理相同。手工包料制備的粉芯絲(用于手工送絲)照片見(jiàn)圖1。
(二)熔覆工藝說(shuō)明 等離子弧槍布置角度和送絲角度見(jiàn)圖2，等離子弧槍軸線與鉛垂線夾角α的變化范圍為0-30°，粉芯絲與水平線夾角β的變化范圍為15-30°。熔覆時(shí)使粉芯絲頭部約3-8mm長(zhǎng)度的區(qū)域處于等離子弧柱作用范圍，等離子弧中心溫度為10000-16000℃；在等離子弧的作用下，被加熱的基體金屬表面可達(dá)到其熔點(diǎn)以上溫度，粉芯絲頭部處于等離子弧加熱段的Ni箔首先被加熱并起到包裹粉末的作用，隨后處于等離子弧加熱段Ni箔內(nèi)的Ti、Nb、、Mo、V、Co、C被快速加熱，直至Ti、Nb、Mo、V與C發(fā)生放熱化學(xué)反應(yīng)，生成TiC、NbC、MoC、VC等碳化物。
其反應(yīng)式為 Ti+C→TiC；Nb+C→NbC；Mo+C→MoC；V+C→VC 上述碳化物與熔融的Ni、Co混合物形成熔滴，在重力作用下沉積于等離子弧加熱的熔融金屬基體材料表面，與基體達(dá)到擴(kuò)散-冶金結(jié)合，此過(guò)程可有效防止粉芯絲內(nèi)粉末特別是碳粉的飛濺。
可采用手工送絲和自動(dòng)送絲兩種模式，使粉芯絲頭部不斷被等離子弧加熱、熔化并沉積于基體表面。隨著等離子弧與基體的連續(xù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，上述熔滴不斷沉積于基體表面，形成連續(xù)的單道熔覆層；通過(guò)搭接重復(fù)熔覆法，可形成所需面積的熔覆層。由于單次熔覆層厚度為2-4mm，如需制備厚度大于4mm的熔覆層，則需在已有熔覆層的表面上按上述方法進(jìn)行重復(fù)熔覆。該熔覆層由高陶瓷相含量區(qū)和擴(kuò)散區(qū)組成，其中高陶瓷相含量區(qū)中，陶瓷相體積分?jǐn)?shù)可達(dá)65-90％；高陶瓷相含量區(qū)所占厚度(該厚度隨熔覆層厚度增加而增加)可達(dá)到熔覆層總厚度的50-80％。熔覆層高陶瓷相含量區(qū)顯微硬度可達(dá)1200-2200HV。
對(duì)于允許工件表面產(chǎn)生大量細(xì)小裂紋的工件，需在熔覆時(shí)噴射霧狀的冷卻水，使熔覆層產(chǎn)生大量裂紋而釋放應(yīng)力。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，可使用工作電流為200-500A的鎢極直流等離子弧設(shè)備進(jìn)行熔覆，通過(guò)重復(fù)熔覆，可使熔覆層最大厚度達(dá)15mm，熔覆層由高陶瓷相含量區(qū)和與基體結(jié)合擴(kuò)散區(qū)組成，高陶瓷相含量區(qū)的陶瓷相體積分?jǐn)?shù)可達(dá)65-90％?？蓪?duì)處于常溫狀態(tài)下的基體金屬材料進(jìn)行熔覆。該制備工藝比較簡(jiǎn)單、工藝參數(shù)易于控制，成本低。



圖1為用于手工送絲的粉芯絲照片。
圖2為等離子弧槍布置角度和送絲角度的示意圖。其中，等離子弧槍1、粉芯絲2、粉芯絲反應(yīng)區(qū)3、基體4、陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料熔覆層5、固液相過(guò)渡區(qū)6、液相區(qū)7。
圖3為采用等離子弧熔覆法在16Mn鋼基體上反應(yīng)合成(Ti-Nb-V-C)/NiCo系粉芯絲所形成的陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料熔覆層斷面的掃描電鏡照片，照片中的黑色顆粒為碳化物陶瓷，黑色顆粒之間的淺色物質(zhì)為Ni、Co合金粘結(jié)相。按面積法測(cè)算陶瓷相體積分?jǐn)?shù)約為86％-87％。
圖4為采用等離子弧熔覆法在16Mn鋼基體上反應(yīng)合成(Ti-Nb-V-C)/NiCo系粉芯絲所形成的陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料熔覆層的顯微硬度沿厚度方向的變化情況，從圖中可看出在距熔合線(即基體材料熔化區(qū)與未熔化區(qū)的交界線)約6-12mm的區(qū)域，平均顯微硬度在1200-2000HV范圍，該硬度值與燒結(jié)WC/Co金屬陶瓷相當(dāng)。
圖5為采用等離子弧熔覆法在16Mn鋼基體上反應(yīng)合成(Ti-Nb-V-C)/NiCo系粉芯絲所形成的陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料熔覆層試樣的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線(應(yīng)變曲線中含上下壓頭應(yīng)變)，從圖中可發(fā)現(xiàn)該熔覆層材料的抗壓強(qiáng)度高達(dá)2000MPa。

具體實(shí)施例方式 實(shí)施例1按表1的參數(shù)選擇Ni箔，按表2配料形成粉芯絲所需復(fù)合粉末，利用前述(一)中2、3的方法制備用于手工送絲的粉芯絲，其中Ni箔在粉芯絲中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18％，復(fù)合粉末在粉芯絲中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為82％。采用焊槍自動(dòng)移動(dòng)、工件固定、手工送絲工藝，按表3的參數(shù)在厚度為15mm、面積為100cm2的16Mn鋼板基體上通過(guò)搭接熔覆、同一面積上重復(fù)熔覆3次的工藝，制備厚度為8-9mm的熔覆層(該厚度為熔覆層高出工件表面的厚度、不包括基體重熔區(qū)厚度)。對(duì)上述工藝所得樣品的分析結(jié)果如下 圖3為采用等離子弧熔覆法在16Mn鋼基體上反應(yīng)合成(Ti-Nb-V-C)/NiCo系粉芯絲所形成的陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料熔覆層斷面的掃描電鏡照片，照片中的黑色顆粒為碳化物陶瓷，黑色顆粒之間的淺色物質(zhì)為Ni、Co合金粘結(jié)相。按面積法測(cè)算陶瓷相體積分?jǐn)?shù)約為86％-87％。
圖4為采用等離子弧熔覆法在16Mn鋼基體上反應(yīng)合成(Ti-Nb-V-C)/NiCo系粉芯絲所形成的陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料熔覆層的顯微硬度沿厚度方向的變化情況，從圖中可看出在距熔合線約(即基體材料熔化區(qū)與未熔化區(qū)的交界線)6-12mm的區(qū)域，平均顯微硬度在1200-2000HV范圍，該硬度值與燒結(jié)WC/Co金屬陶瓷相當(dāng)。
圖5為采用等離子弧熔覆法在16Mn鋼基體上反應(yīng)合成(Ti-Nb-V-C)/NiCo系粉芯絲所形成的陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料熔覆層試樣的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線(應(yīng)變曲線中含上下壓頭應(yīng)變)，從圖中可發(fā)現(xiàn)該熔覆層材料的抗壓強(qiáng)度高達(dá)2000MPa。
表1用于粉芯絲的Ni箔參數(shù)表 表2粉芯絲粉末參數(shù)表 表3熔覆參數(shù)表 實(shí)施例2按表4的參數(shù)選擇Ni箔，按表5配料形成粉芯絲所需復(fù)合粉末，利用前述(一)中2、3的方法制備用于手工送絲的粉芯絲，其中Ni箔在粉芯絲中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％，復(fù)合粉末在粉芯絲中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70％。采用焊槍固定、工件轉(zhuǎn)動(dòng)-移動(dòng)、手工送絲的工藝，按表6的參數(shù)在外徑為300mm、中心孔直徑為50mm、長(zhǎng)度為2000mm的圓軸上通過(guò)搭接熔覆、同一面積上熔覆5次的工藝，制備厚度為13-15mm的熔覆層。
表4用于粉芯絲的Ni箔參數(shù)表 表5粉芯絲粉末參數(shù)表 表6熔覆參數(shù)表 實(shí)施例3按表7的參數(shù)選擇Ni箔，按表8配料形成粉芯絲所需復(fù)合粉末，利用前述(一)中2、3的方法制備用于手工送絲的粉芯絲，其中Ni箔在粉芯絲中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％，復(fù)合粉末在粉芯絲中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90％。采用焊槍自動(dòng)移動(dòng)、工件固定、手工送絲的工藝，按表9的參數(shù)在厚度為20mm、面積為200×300mm2的高鉻鑄鐵板上通過(guò)搭接熔覆、同一面積上熔覆1次的工藝，制備厚度為2-3mm的熔覆層。
表7用于粉芯絲的Ni箔參數(shù)表 表8粉芯絲粉末參數(shù)表 表9熔覆參數(shù)表
權(quán)利要求
1.一種用于反應(yīng)合成陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料熔覆層的粉芯絲，其特征在于，粉芯絲中的復(fù)合粉末由Ti、Nb、Mo、V、Co、C和La2O3組成，各組份的范圍為，Nb6-16％，Mo0-5％，V2-10％，Co3-8％，C16-18.6％，La2O30.2-0.8％，Ti余量，均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)；利用Ni箔包裹上述復(fù)合粉末形成粉芯絲，Ni箔在粉芯絲中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8-30％，粉芯絲的單位長(zhǎng)度質(zhì)量為1.5-4g/cm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述粉芯絲，其特征在于，粉芯絲內(nèi)的Ti、Nb、Mo、V粉末通過(guò)等離子弧的加熱作用與石墨碳粉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成TiC、NbC、MoC、VC碳化物硬顆粒，Ni、Co作為上述碳化物硬顆粒的粘結(jié)相，形成陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料熔覆層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述粉芯絲，其特征在于，通過(guò)鎢極直流等離子弧焊槍對(duì)基體進(jìn)行同一面積上的1-6次熔覆，使熔覆層厚度為2-15mm，熔覆層由高陶瓷相含量區(qū)和熔覆層與基體結(jié)合的擴(kuò)散區(qū)組成，高陶瓷相含量區(qū)的陶瓷相體積分?jǐn)?shù)為65-90％。
全文摘要
一種用于反應(yīng)合成陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料熔覆層的粉芯絲，屬于常溫或高溫抗磨表面技術(shù)領(lǐng)域。粉芯絲中的復(fù)合粉末由Ti、Nb、Mo、V、Co、C和La2O3組成，各組份的范圍為，Nb6-16％，Mo0-5％，V2-10％，Co3-8％，C16-18.6％，La2O30.2-0.8％，Ti余量，均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)；利用Ni箔包裹上述復(fù)合粉末形成粉芯絲，Ni箔在粉芯絲中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8-30％，粉芯絲的單位長(zhǎng)度質(zhì)量為1.5-4g/cm。優(yōu)點(diǎn)在于可使用工作電流為200-500A的鎢極直流等離子弧設(shè)備進(jìn)行熔覆，通過(guò)重復(fù)熔覆，可使熔覆層厚度達(dá)15mm，高陶瓷相含量區(qū)的陶瓷相體積分?jǐn)?shù)可達(dá)65-90％；并工藝比較簡(jiǎn)單、工藝參數(shù)易于控制，成本低。
文檔編號(hào)C23C4/04GK101153378SQ20071012194
公開(kāi)日2008年4月2日 申請(qǐng)日期2007年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月18日
發(fā)明者劉宗德, 何險(xiǎn)峰, 寶志堅(jiān) 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)