微納米氧化物顆粒增強(qiáng)高耐磨鈷基合金粉末及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種微納米氧化物顆粒增強(qiáng)高耐磨鈷基合金粉末及其制備方法，其特征在于：微納米氧化物顆粒增強(qiáng)高耐磨鈷基合金粉末由基體合金粉末與微納米氧化物顆粒和粘結(jié)劑所組成，其配比為：50～98％基體合金粉末，1～45％的微納米Al2O3或微納米Cr3C2、微納米ZrO2其中之一或二種以上的組合微納米混合體粉末，1～5％的粘結(jié)劑制備成組合粉末。其制備工藝步驟是：基體合金粉末制備→添加微納米氧化物顆?！砑诱辰Y(jié)劑→攪拌球磨→組合粉末→干燥→破碎→篩分。既有較高的硬度、韌性，又具有優(yōu)異的耐磨性和耐蝕性，特別適用于適用于激光熔覆高沖擊、高耐磨工況零部件。而且能夠有效的防止在貯存、運(yùn)輸和使用過程中由于各組元比重相差懸殊而產(chǎn)生偏析。
【專利說明】微納米氧化物顆粒增強(qiáng)高耐磨鈷基合金粉末及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鈷基合金【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種微納米氧化物顆粒增強(qiáng)合金粉末及其制備方法，特別是一種微納米氧化物顆粒增強(qiáng)高耐磨鈷基合金粉末及其制備方法，該高耐磨微納米氧化物顆粒增強(qiáng)鈷基合金粉末適用于激光熔覆高耐磨工況零部件。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代的日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中，金屬材料的磨損與腐蝕會(huì)出現(xiàn)在各個(gè)領(lǐng)域，是破壞機(jī)械零部件、工程構(gòu)件的二大主要方式之一，腐蝕將會(huì)導(dǎo)致機(jī)械零件的大量消耗，而磨損則是導(dǎo)致機(jī)械零件失效的重要原因之一。它們?cè)趽p耗大量金屬材料的同時(shí)，也浪費(fèi)了大量資源，在經(jīng)濟(jì)損失中占據(jù)非常大的比重。
[0003]高溫、腐蝕、摩擦和磨損引起的工程構(gòu)件的失效大多發(fā)生在表面，這一現(xiàn)象促使材料科學(xué)工作者對(duì)材料表面的極大關(guān)注，并促使材料表面改性技術(shù)的迅猛發(fā)展。人們希望在材料整體保持足夠的韌性和強(qiáng)度的同時(shí)，使材料表面獲得較高的、特定的使用性能，如耐磨、耐蝕和抗氧化等。
[0004]據(jù)報(bào)道，目前，在全世界工業(yè)化國(guó)家中，在磨損上消耗的能量占總能量的二分之一，約有60%~80%的機(jī)械零部件由于磨損而失效。在一個(gè)高度發(fā)達(dá)的工業(yè)化國(guó)家，每年因磨損所造成的經(jīng)濟(jì)損失幾乎占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的1%~2%。例如，美國(guó)平均每年由于磨損造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)200億美元；英國(guó)平均每年由磨損造成的經(jīng)濟(jì)損失超過51500萬英鎊。在我國(guó)，由磨損造成的經(jīng)濟(jì)損失同樣也相當(dāng)嚴(yán)重。僅據(jù)石油、化工、煤炭、電力、農(nóng)機(jī)等部門粗略統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年就有高達(dá)數(shù)百萬噸的鋼材消耗在磨損上，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到200~300億元之多。所以說，金屬材料的磨損影響著機(jī)械零件的性能質(zhì)量和使用壽命，進(jìn)而影響著這些機(jī)械零件在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力。
[0005]同時(shí)，金屬腐蝕問題也遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，從尖端科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，從日常生活中的應(yīng)用到國(guó)防工業(yè)的制造，凡是使用金屬材料的地方，都不同程度上存在著腐蝕問題。據(jù)有關(guān)專家統(tǒng)計(jì)，全球每一分半鐘就有一噸鋼材被腐蝕成鐵銹。例如，1975年，美國(guó)每年由腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)820億美元，占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的4.9%;1995年，美國(guó)由于腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失直線上升到3000億美元。統(tǒng)計(jì)表明，在一個(gè)工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的2%~4%，超過水災(zāi)、火災(zāi)、地震、和咫風(fēng)等所有自然災(zāi)害造成的損失的總和。雖然我國(guó)僅為一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，但由于腐蝕帶來的損失也相當(dāng)可觀，每年大約5000億元人民幣，約占我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的6%左右。僅在石油與天然氣領(lǐng)域每年由腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失就約100億元，煤炭工業(yè)每年由腐蝕造成的資金浪費(fèi)約為55.6億元，而電力系統(tǒng)每年的腐蝕損失則近17億元。
[0006]因此，從有限的資源與能源出發(fā)，現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)要求機(jī)械零部件具有足夠的耐磨耐蝕性能，可以在高溫、高負(fù)荷等極其惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間工作，因此解決金屬的磨損與腐蝕問題已迫在眉睫。
[0007]激光熔覆陶瓷技術(shù)可以將金屬高的強(qiáng)韌性、良好的工藝性與陶瓷材料優(yōu)異的耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化特性有機(jī)結(jié)合起來，為最有價(jià)值和競(jìng)爭(zhēng)カ的表面強(qiáng)化技術(shù)，也是激光熔覆技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。
[0008]激光熔覆是ー項(xiàng)新興、迅猛發(fā)展的技術(shù)，它是在高能量密度激光束照射下，基體表面ー薄層與根據(jù)需要加入的合金同時(shí)熔化，形成厚度為10~1000 表面熔化層，快速凝固以滿足某一特殊性能要求的エ藝方法，是集激光加熱熔化、熔池中物質(zhì)交互作用及快速凝固成型等多學(xué)科交叉的一門新技木，此技術(shù)在表面處理方面得到較細(xì)致的研究。
[0009]由于局部表面受熱密度大，光斑直徑小，受熱時(shí)間短，故エ件表面上熔化區(qū)很小，傳到エ件內(nèi)部熱量少，熔化區(qū)內(nèi)存在很大的溫度梯度，冷卻速度可達(dá)IO4~109°C / S。正是由于快速凝固，賦予合金不同于正常凝固的特點(diǎn)。作為表面改性手段之一的激光熔覆，適于各類金屬的表層改性和修復(fù)。激光表面熔覆能保持原涂層合金成份(稀釋率5~8%)，僅在重熔區(qū)與基體的交界處存在很有限的相互擴(kuò)散區(qū)，而此擴(kuò)散區(qū)正是實(shí)現(xiàn)涂覆層與基體的冶金結(jié)合所必須的。它能把高性能的合金粉末涂覆在普通材料(エ件)上，從而獲得優(yōu)異特性的表面涂層(如耐熱、耐蝕、耐磨、抗沖擊等優(yōu)良涂層)。
[0010]與傳統(tǒng)的表面改性(熱噴涂、等離子噴涂等)技術(shù)相比，它主要有以下優(yōu)點(diǎn):界面為冶金結(jié)合；組織極細(xì)；熔覆層成分均勻及稀釋度低；覆層厚度可控；熱畸變小；易實(shí)現(xiàn)選區(qū)熔覆和エ藝過程易實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)化。在表面改性技術(shù)中，激光熔覆已成為比較活躍的研究領(lǐng)域。
[0011]激光表面涂層技術(shù)是七十年代中期發(fā)展起來的材料表面工程領(lǐng)域的前沿課題之一，國(guó)內(nèi)外正在蓬勃發(fā)展。隨著高功率激光器及配套技術(shù)的發(fā)展與完善，它已從實(shí)驗(yàn)室研究逐步走向エ業(yè)應(yīng)用，在未來材料表面改性領(lǐng)域?qū)⒕哂袕?qiáng)大的生命力。激光熔覆既可用于傳統(tǒng)材料的表面改性，提升材料的性能，又可用于表面失效零件的修復(fù)，故可用的基體材料十分廣泛，如碳鋼、合金鋼、鑄鐵以及鋁合金、銅合金、鎳基高溫合金等。此外，材料科研人員還開發(fā)了非晶態(tài)及準(zhǔn)晶涂層等。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)激光技術(shù)在傳統(tǒng)材料表面的改性研究較多，高合金鋼、高溫合金表面改性的研究也有報(bào)道，然而應(yīng)用激光熔覆修復(fù)ー些機(jī)械零部件的實(shí)際工程應(yīng)用卻有待于進(jìn)ー步推廣，主要原因是激光熔覆過程中常有裂紋、涂層不均勻等問題，有待于科技工作者更深一歩研究。
[0012]激光熔覆層材料的狀態(tài)一般有粉末狀、絲狀、膏狀等。另外還可將金屬板材、粉末冶金制品、鋼帶和焊條等作為熔覆材料，其中合金粉末在激光熔覆技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛。
[0013]視エ件的實(shí)際使用環(huán)境條件不同，對(duì)エ件表面涂層的性能要求也不一樣。激光熔覆合金體系主要有鐵基合金、鎳基合金、鉆基合金及復(fù)合合金粉末等。鐵基合金粉末適于要求局部耐磨且容易變形的零件；鎳基合金適于要求局部耐磨、耐熱腐蝕及抗熱疲勞的構(gòu)件，所需的激光功率密度要比熔覆鐵基合金的略高；鉆基合金涂層適于要求耐磨、耐蝕和抗熱疲勞的零件；陶瓷涂層在高溫下有較高的強(qiáng)度，且熱穩(wěn)定性好，化學(xué)穩(wěn)定性高，適用于耐磨、耐蝕、耐高溫和抗氧化性的零件。
[0014]耐磨涂層是激光熔覆陶瓷涂層中研究得最早也是最多的I種。Ni基、Co基、Fe基自熔合金雖然本身就具有良好的耐磨、耐蝕、耐熱性能，利用它們的激光熔覆層進(jìn)行材料表面強(qiáng)化的研究報(bào)道已經(jīng)很多。但在滑動(dòng)、沖擊磨損和磨粒磨損嚴(yán)重的條件下，單純的Ni基、Co基、Fe基自熔性合金已不能勝任使用要求。
[0015]納米材料和納米技術(shù)是20世紀(jì)后期出現(xiàn)的新材料和高新技術(shù)。金屬基納米復(fù)合材料是由納米級(jí)的金屬或非金屬粒子均勻地彌散在金屬及合金基體中而成，表現(xiàn)出不同于一般宏觀復(fù)合材料的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)性能，具有原組分不具備的特殊性能和功能，較之傳統(tǒng)的金屬材料，其比強(qiáng)度、比模量、耐磨性、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能等均有大幅度的成倍提高。
[0016]然而，由于納米粒子的表面能大，表面活性高，因此單個(gè)納米顆粒極不穩(wěn)定，具有強(qiáng)烈的吸附周圍顆粒而達(dá)到穩(wěn)定的趨勢(shì)，從而導(dǎo)致顆粒間團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生。而且納米粒子形成的團(tuán)聚體往往是硬團(tuán)聚體，因而使得物質(zhì)的比表面減小，納米粒子的優(yōu)異特性幾乎完全喪失，實(shí)際應(yīng)用效果很差。且納米顆粒的制備成本及高。
[0017]但是，相對(duì)于納米粒子來說，微米粒子無論是表面能、表面活性，還是顆粒間的吸引力都較小、較弱。因此，與納米粒子間很容易形成硬團(tuán)聚的情況相比，微米粒子的團(tuán)聚程度就較小，所形成的團(tuán)聚體大多是軟團(tuán)聚的形式，這種軟團(tuán)聚是可以通過普通的機(jī)械作用力或其它較小的力量分散開的。微納米復(fù)合材料除了具有單一的納米材料所具有的小尺寸效應(yīng)、表面和界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、和宏觀量子隧道效應(yīng)外，還具有復(fù)合協(xié)同多種功能:可以改變單一粒子表面性質(zhì)，增大兩種或多種組分的接觸面積；可以防止顆粒團(tuán)聚，提高納米粒子的分散性、流散性、催化效果等物理化學(xué)性質(zhì)。具備普通復(fù)合材料所不具備的一些優(yōu)異性能。
[0018]納米/微米復(fù)合技術(shù)是納米材料領(lǐng)域的一門新型技術(shù)。利用該技術(shù)可以獲得納米粒子無團(tuán)聚、納米功能特性得到充分發(fā)揮、納米粒子在體系中分散較好的納米復(fù)合材料。而且相對(duì)于納米復(fù)合材料而言，極大的降低了復(fù)合材料的制備成本。
[0019]采用微米顆粒代替 純納米顆粒對(duì)金屬材料進(jìn)行增強(qiáng)和改性，由于所具有的成本低，顆粒制備工藝簡(jiǎn)單，且所制備的增強(qiáng)復(fù)合材料的性能優(yōu)良，是金屬基復(fù)合材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】的新發(fā)展趨勢(shì)。
[0020]復(fù)合材料是一種新型的表面強(qiáng)化工程材料，金屬與金屬、金屬與陶瓷、陶瓷與陶瓷等，合金粉末之間以及合金粉末與陶瓷之間的搭配的選擇范圍十分廣泛。為此近年來國(guó)內(nèi)外開展了在上述激光熔覆的合金粉末體系中加入一定含量的各種高熔點(diǎn)的碳化物、氮化物、硼化物和氧化物陶瓷顆粒，制成金屬陶瓷復(fù)合涂層甚至純陶瓷涂層，以提高熔覆層的耐磨性。
[0021]盡管采用復(fù)合材料進(jìn)行激光熔覆可制備高性能的復(fù)合材料涂層，但目前國(guó)內(nèi)大多仍然處于實(shí)驗(yàn)室的研究中，而且其制備工藝大多都是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用將鎳基自熔合金與一定含量的WC粉末混合均勻，然后加入飽和松節(jié)油或自制的有機(jī)粘結(jié)劑，調(diào)成料漿或膏狀，預(yù)涂覆于工件上，然后進(jìn)行激光熔覆或燒結(jié)。其所加入的硬質(zhì)顆粒較大、密度與基體金屬不同，顆粒在熔覆層中的分布往往不均勻，通常呈現(xiàn)梯度分布；所加的顆粒材料與基體的潤(rùn)濕性、穩(wěn)定性、膨脹系數(shù)及化學(xué)反應(yīng)活性等均導(dǎo)致熔覆層的組織與性能的不均勻性。且所制備的組合粉末由于各組元比重相差懸殊，因而在貯存、運(yùn)輸和使用過程中而易產(chǎn)生偏析。無法進(jìn)行商品化市場(chǎng)供應(yīng)，目前在市場(chǎng)上尚未見有顆粒增強(qiáng)激光熔覆專用粉末商品銷售。由于上述原因，至今尚未見激光熔覆專用組合粉末，從而制約了激光熔覆在高耐磨工況領(lǐng)域上的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0022]本發(fā)明的目的是避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，開發(fā)一種能夠滿足工程機(jī)械嚴(yán)重磨粒磨損工況條件下所需的一種微納米氧化物顆粒增強(qiáng)高耐磨鈷基合金粉末及其制備方法。
[0023]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可以通過以下基本化學(xué)成分的設(shè)計(jì)和添加硬質(zhì)化合物和相應(yīng)的制備技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0024]本發(fā)明所提供的一種微納米氧化物顆粒增強(qiáng)高耐磨鈷基合金粉末由基體合金粉末與微納米氧化物增強(qiáng)顆粒和粘結(jié)劑所組成，其配比為:50~98%基體合金粉末，I~45%的微納米Al2O3或微納米Cr3C2、微納米ZrO2其中之一或二種以上的組合微納米混合體粉末，I~5%的粘結(jié)劑制備成組合粉末；其中微納米顆粒中的納米顆粒含量在20~30% ;其中基體合金的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為；
[0025]0.1 ~0.4% C、3.5 ~5.5 % S1、1.5 ~3 % B、1.6 ~2.5 % Mn、1.0 ~3.0 % Cr、
0.5 ~2% W、2.0 ~3.0% Mo,0.5 ~3% Ni,0.1 ~0.4% Nb、<15% Fe,0.1 ~1.2% MgO,
0.2~2% CaF2, Ce02、Y302、La203其中之一或二種以上的組合≤0.9%, Co余量和不可避免的雜質(zhì)元素。
[0026]本發(fā)明所提供的微納米氧化物顆粒增強(qiáng)高耐磨鈷基合金粉末及其制備方法，其制備工藝步驟是:
[0027]基體合金粉末制備一添加微納米氧化物顆粒一添加粘結(jié)劑一攪拌球磨一組合粉末一干燥一破碎一篩分；具體工藝步驟如下:
[0028](I)基體合金制備
[0029]基體合金粉末制備的工藝流程為:配料一熔煉一霧化一干燥一篩分；
[0030]配料:原料為純鈷、石墨粉、卩60、卩68、卩65丨、胃、恥、祖、1^20、￥;
[0031]熔煉:將上述配制好的原料在真空感應(yīng)爐或中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，熔化溫度約為1250°C _1350°C，控制碳含量達(dá)到要求，爐前調(diào)整成分合格后，出爐溫度1200~1280°C ；
[0032]霧化:采用惰性氣或高壓水霧化，霧化孔徑5~10mm，霧化壓力，10~14MPa ；
[0033]干燥:所用設(shè)備是遠(yuǎn)紅外烘干機(jī)，烘干溫度為220°C~280°C ；
[0034]篩分:由篩粉機(jī)篩出粒度范圍為+150目~-350目的粉末作為成品粉；
[0035](2)添加微納米氧化物顆粒
[0036]選取粒度范圍為+150目~-350目的市售微納米Al2O3或微納米Cr3C2、微納米ZrO2其中之一或二種以上的組合微納米混合體粉末作為增強(qiáng)硬質(zhì)顆粒；其中微納米顆粒中的納米顆粒含量在20~30% ;
[0037](3)添加粘結(jié)劑
[0038]采用熱固型的酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂或水玻璃做粘結(jié)劑，加入環(huán)己酮或甲醇溶劑，使其溶解成樹脂溶液；
[0039](4)攪拌球磨
[0040]將制備好的基體合金粉末和微納米Al2O3或微納米Cr3C2、微納米ZrO2其中之一或二種以上的組合混合體粉末和粘結(jié)劑按照所需的比例進(jìn)行配置后，倒入攪拌球磨機(jī)中，將所需劑量的樹脂溶解于環(huán)己酮或甲醇溶劑使其溶解成樹脂溶液；攪拌均勻后倒入球磨機(jī)內(nèi)所需處理的混合粉中，將球體直徑10~20mm的磨球按照2:1~3:1球料比配制好后加入到攪拌球磨機(jī)中，起動(dòng)攪拌球磨機(jī)，經(jīng)5~60小時(shí)的充分?jǐn)嚢枨蚰ィ够旌戏鄹鹘M分及樹脂液都分布均勻，將各組元粉末顆粒包裹起來，并粘結(jié)在一起，制備成微納米組合粉末；[0041](5)干燥
[0042]將球磨好的組合粉末從球磨機(jī)中倒出，然后經(jīng)150°C~200°C干燥；
[0043](6)破碎和篩分




[0044]將干燥好的組合粉末進(jìn)行破碎，由篩粉機(jī)篩出粒度范圍為+150目~-350目的粉末分別作為成品粉，即得所需成分、所需粒度等級(jí)而又不會(huì)發(fā)生組分偏析的組合粉末。
[0045]有益效果
[0046]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0047]I)本發(fā)明的微納米氧化物顆粒增強(qiáng)高耐磨鈷基合金粉末既有較高的韌性，高的硬度，又具有優(yōu)異的耐磨性和耐蝕性，其耐磨料磨損性可為高鉻鑄鐵的10倍，其耐蝕性與lCrl8Ni9Ti相當(dāng)。適用于激光熔覆高沖擊、高耐磨工況零部件。
[0048]2)本發(fā)明微納米氧化物顆粒增強(qiáng)高耐磨鈷基合金粉末具有優(yōu)異的激光熔覆工藝性能，而且處理后的激光熔覆層具有無裂紋、無氣孔、無雜質(zhì)、組織致密、晶粒細(xì)化等優(yōu)點(diǎn)。
[0049]3)經(jīng)本發(fā)明工藝制備的微納米氧化物顆粒增強(qiáng)高耐磨鈷基合金粉末能將各組元粉末顆粒包裹起來，并粘結(jié)在一起；具有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度，能夠有效的防止組合粉在貯存、運(yùn)輸和使用過程中由于各組元比重相差懸殊而產(chǎn)生偏析。
[0050]4)本發(fā)明微納米氧化物顆粒增強(qiáng)高耐磨鈷基合金粉末，特別適用于有較高表面硬度、韌性和高耐磨性的合金工件的激光熔覆修復(fù)，所得激光熔覆合金粉末工藝性能好，在無需預(yù)熱和后續(xù)熱處理的條件下即可獲得大面積大厚度無裂紋的激光熔覆合金層，熔覆層強(qiáng)度、硬度和耐磨性高，塑韌性好，并且比現(xiàn)有大多數(shù)熱噴涂用自熔合金粉末和現(xiàn)有大多數(shù)激光熔覆用合金粉末成本大幅度降低。可減少戰(zhàn)略性稀有元素的用量，顯著降低激光熔覆成本。
【具體實(shí)施方式】
[0051]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0052]實(shí)施例一
[0053]一種微納米氧化物顆粒增強(qiáng)高耐磨鈷基合金粉末及其制備方法，該微納米氧化物顆粒增強(qiáng)高耐磨鈷基合金粉末由基體合金粉末與微納米氧化物硬質(zhì)顆粒和粘結(jié)劑所組成，其配比為:60%基體合金粉末，37%的微納米Al2O3, 3%的酚醛樹脂粘結(jié)劑制備成組合粉末；其中微納米顆粒中的納米顆粒含量在20~30%;其中基體合金的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為；
[0054]0.3% CA% Si,2.5% B、2.6% CrU.5%ff,2.2% Mn,0.3% Nb,2.5% Ni,13% Fe、
0.1% Mg0,0.5% CaF2,0.2% CeO2,0.2% Υ302、0.2% La2O3'Co 余量。
[0055]其制造工藝步驟:
[0056]基體合金粉末制備一添加微納米氧化物顆粒一添加粘結(jié)劑一攪拌球磨一組合粉末一干燥一破碎一篩分；具體工藝步驟如下:
[0057](I)基體合金制備
[0058]基體合金粉末制備的工藝流程為:配料一熔煉一霧化一干燥一篩分；
[0059]配料:原料為純鎳、石墨粉、FeCr, FeB, FeS1、Cu、Sn、稀土 Y、稀土 Ce ;按上述重量百分比配比，準(zhǔn)備好制作基體金屬粉末的原材料。[0060]熔煉:啟動(dòng)真空感應(yīng)中頻爐，按熔煉工藝的要求，放入金屬開始熔煉，一般容易氧化的金屬在熔化的后期放入。熔化溫度約控制在1250-1300°C ;當(dāng)本爐的金屬全部在爐內(nèi)熔化后，進(jìn)行造渣，去除金屬液中的雜質(zhì)，然后進(jìn)入精煉期進(jìn)行精煉，澆注前加入脫氧劑進(jìn)行脫氧，控制碳含量達(dá)到要求，爐前調(diào)整成分合格后，出爐溫度控制在1200~1250°C。
[0061]霧化:將熔煉合格的合金液體倒入錐體漏包中，開始進(jìn)行金屬粉末的霧化，打開高壓惰性氣體瓶，將來自氣瓶的高壓氣體作為氣刀，對(duì)熔化后經(jīng)孔徑為5~IOmm的漏嘴約束后成一細(xì)流的熔融金屬液流進(jìn)行切割霧化，霧化壓力10~14MPa，將金屬霧化成極微小的金屬液滴，最后凝固成合金粉末。凝固后的金屬粉末，在高溫時(shí)還是相當(dāng)容易氧化的，所以須在無氧或低氧的環(huán)境下讓其冷卻到室溫，才能減少粉末的含氧量。下常的霧化時(shí)間在5~20分鐘左右。
[0062]干燥:所用設(shè)備是遠(yuǎn)紅外烘干機(jī)，烘干溫度約250°C，干燥后的金屬粉末，先取樣進(jìn)行化學(xué)成份的化驗(yàn)，合格后轉(zhuǎn)入下道工序。
[0063]篩分:由篩粉機(jī)篩出粒度范圍為+150目~-350目的粉末作為成品粉。
[0064](2)添加微納米氧化物顆粒 [0065]選取粒度范圍為-250目的市售微納米Al2O3粉末作為增強(qiáng)顆粒；其中微納米顆粒中的納米顆粒含量在20~30% ；
[0066](3)添加粘結(jié)劑
[0067]采用熱固型的酚醛樹脂做粘結(jié)劑，加入環(huán)己酮溶劑，使其溶解成樹脂溶液；
[0068](4)攪拌球磨
[0069]將制備好的基體合金粉末和微納米Al2O3粉末和粘結(jié)劑按照上述的比例進(jìn)行配置后，倒入攪拌球磨機(jī)中，將3%熱固型的酚醛樹脂溶解于環(huán)己酮溶劑中使其溶解成樹脂溶液，攪拌均勻后倒入球磨機(jī)內(nèi)的所需處理的混合粉中，將球體直徑15_的磨球按照2:1球料比配制好后加入到攪拌球磨機(jī)中，經(jīng)35小時(shí)的充分?jǐn)嚢枨蚰?，使混合粉各組分及樹脂液都分布均勻，將各組元粉末顆粒包裹起來，并粘結(jié)在一起，制備成微納米組合粉末；
[0070](5)干燥
[0071]將球磨好的組合粉末從球磨機(jī)中倒出，然后經(jīng)180°C干燥；
[0072](6)破碎和篩分
[0073]將干燥好的組合粉末進(jìn)行破碎，由篩粉機(jī)篩出粒度范圍為+150目~-350目的粉末作為成品粉，即得所需成分、所需粒度等級(jí)而又不會(huì)發(fā)生組分偏析的組合粉末。
[0074]按用戶的要求進(jìn)行篩分，包裝入庫。
[0075]實(shí)施例二
[0076]一種微納米氧化物顆粒增強(qiáng)高耐磨鈷基合金粉末及其制備方法，該微納米氧化物顆粒增強(qiáng)高耐磨鈷基合金粉末由基體合金粉末與微納米氧化物顆粒和粘結(jié)劑所組成，其配比為:68%基體合金粉末，30%的微納米ZrO2, 2%的環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑制備成組合粉末；其中微納米顆粒中的納米顆粒含量在20~30% ;其中基體合金的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為；
[0077]0.2 % C、5 % Si,3 % Β、1.5 % Cr,2.0 % W、2.5 % Mn,0.2 % Nb,3 % N1、12 % Fe、
0.15% Mg0，0.9% CaF2,0.25% CeO2,0.25% Υ302、0.25% La203、Co 余量。
[0078](2)添加碳化物顆粒
[0079]選取粒度范圍為-300目的市售微納米ZrO2粉末作為增強(qiáng)硬質(zhì)顆粒；其中微納米顆粒中的納米顆粒含量在20~30% ；
[0080] (3)添加粘結(jié)劑
[0081 ] 采用熱固型的環(huán)氧樹脂做粘結(jié)劑，加入甲醇溶劑，使其溶解成樹脂溶液；
[0082](4)攪拌球磨
[0083]將制備好的基體合金粉末和微納米ZrO2粉末和粘結(jié)劑按照上述的比例進(jìn)行配置后，倒入攪拌球磨機(jī)中，將2%熱固型的酚醛樹脂溶解于甲醇溶劑中使其溶解成樹脂溶液，攪拌均勻后倒入球磨機(jī)內(nèi)的所需處理的混合粉中，將球體直徑12_的磨球按照2.5:1球料比配制好后加入到攪拌球磨機(jī)中，經(jīng)5~60小時(shí)的充分?jǐn)嚢枨蚰?，?jīng)26小時(shí)的充分?jǐn)嚢枨蚰?，使混合粉各組分及樹脂液都分布均勻，將各組元粉末顆粒包裹起來，并粘結(jié)在一起，制備成微納米組合粉末；
[0084]其制備方法與實(shí)施例一相同。
[0085]實(shí)施例三
[0086]一種微納米氧化物顆粒增強(qiáng)高耐磨鈷基合金粉末及其制備方法，該微納米氧化物顆粒增強(qiáng)高耐磨鈷基合金粉末由基體合金粉末與微納米氧化物硬質(zhì)顆粒和粘結(jié)劑所組成，其配比為:68%基體合金粉末，30%的Al2O3和微納米ZrO2所組成的的混合體粉末作，2%的環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑制備成組合粉末；其中微納米顆粒中的納米顆粒含量在20~30%;其中基體合金的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為；
[0087]0.4% C,2.8% Si,2.0% B,3% Cr,2.5% WU.8% Mn,0.25% Nb,2.0% Ni,10%Fe,0.2% MgO, 1.5% CaF2 ,0.3% CeO2,0.3% Υ302、0.3% La2O3'Co 余量。
[0088](2)添加氧化物顆粒
[0089]選取粒度范圍為-200目的市售50%微納米Al2O3和50%微納米ZrO2組成微納米混合體粉末作作為增強(qiáng)硬質(zhì)顆粒；其中微納米顆粒中的納米顆粒含量在20~30% ；
[0090](3)添加粘結(jié)劑
[0091]采用水玻璃做粘結(jié)劑，加入甲醇溶劑；
[0092](4)攪拌球磨
[0093]將制備好的基體合金粉末和微納米Al2O3和微納米ZrO2組成的混合體粉末和粘結(jié)劑按照上述的比例進(jìn)行配置后，倒入攪拌球磨機(jī)中，將2.5%水玻璃加入于甲醇溶劑中，攪拌均勻后倒入球磨機(jī)內(nèi)的所需處理的混合粉中，將球體直徑18mm的磨球按照2.8:1球料比配制好后加入到攪拌球磨機(jī)中，起動(dòng)攪拌球磨機(jī),經(jīng)18小時(shí)的充分?jǐn)嚢枨蚰ィ够旌戏鄹鹘M分及水玻璃液都分布均勻，將各組元粉末顆粒包裹起來，并粘結(jié)在一起，制備成微納米組合粉末；
[0094]其制備方法與實(shí)施例一相同。
[0095]本發(fā)明提出的以上成份的微納米氧化物顆粒增強(qiáng)高耐磨鈷基合金粉末，特別適用于相應(yīng)制件表面的激光熔覆，其熔覆層的硬度高，耐磨性良好，產(chǎn)生開裂和其它熔敷層缺陷的傾向小，可以制備大厚度熔覆層，激光熔覆工藝性能良好，比現(xiàn)用激光熔覆合金粉末的成本低，能適用更廣泛的應(yīng)用需要。本發(fā)明的材料推廣應(yīng)用具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
【權(quán)利要求】
1.一種微納米氧化物顆粒增強(qiáng)高耐磨鈷基合金粉末及其制備方法，其特征在于:微納米氧化物顆粒增強(qiáng)高耐磨鈷基合金粉末由基體合金粉末與微納米氧化物增強(qiáng)顆粒和粘結(jié)劑所組成，其配比為:50~98%基體合金粉末，I~45%的微納米Al2O3或微納米Cr3C2、微納米ZrO2其中之一或二種以上的組合微納米混合體粉末，I~5%的粘結(jié)劑制備成組合粉末；其中微納米顆粒中的納米顆粒含量在20~30%;其中基體合金的化學(xué)成分及其質(zhì)量百分比為；
.0.1 ~0.4% C、3.5 ~5.5% SiU.5 ~3% Β、1.6 ~2.5% MnU.0 ~3.0% Cr,0.5 ~.2% W、2.0 ~3.0% Μο、0.5 ~3% Ni,0.1 ~0.4% Nb、<15% Fe,0.1 ~1.2% MgO,0.2 ~.2% CaF2, Ce02、Y302、La203其中之一或二種以上的組合≤0.9%、Co余量和不可避免的雜質(zhì)元素；其制備工藝步驟是: 基體合金粉末制備一添加微納米氧化物顆粒一添加粘結(jié)劑一攪拌球磨一組合粉末一干燥一破碎一篩分；具體工藝步驟如下: (1)基體合金制備 基體合金粉末制備的工藝流程為:配料一熔煉一霧化一干燥一篩分； 配料:原料為純鈷、石墨粉460、卩68、卩65丨、胃、恥、祖、1^20、￥; 熔煉:將上述配制好的原料在真空感應(yīng)爐或中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉，熔化溫度約為.12500C _1350°C，控制碳含量達(dá)到要求，爐前調(diào)整成分合格后，出爐溫度1200~1280°C ； 霧化:采用惰性氣或高壓水霧化，霧化孔徑5~10mm，霧化壓力，10~14MPa ； 干燥:所用設(shè)備是遠(yuǎn)紅外烘干機(jī)，烘干溫度為220°C~280°C ； 篩分:由篩粉機(jī)篩出粒度范圍為+150目~-350目的粉末作為成品粉； (2)添加微納米氧化物顆粒 選取粒度范圍為+150目~-350目的市售微納米Al2O3或微納米Cr3C2、微納米ZrO2其中之一或二種以上的組合微納米混合體粉末作為增強(qiáng)硬質(zhì)顆粒；其中微納米顆粒中的納米顆粒含量在20~30% ; (3)添加粘結(jié)劑 采用熱固型的酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂或水玻璃做粘結(jié)劑，加入環(huán)己酮或甲醇溶劑，使其溶解成樹脂溶液； (4)攪拌球磨 將制備好的基體合金粉末和微納米Al2O3或微納米Cr3C2、微納米ZrO2其中之一或二種以上的組合混合體粉末和粘結(jié)劑按照所需的比例進(jìn)行配置后，倒入攪拌球磨機(jī)中，將所需劑量的樹脂溶解于環(huán)己酮或甲醇溶劑使其溶解成樹脂溶液；攪拌均勻后倒入球磨機(jī)內(nèi)所需處理的混合粉中，將球體直徑10~20mm的磨球按照2:1~3:1球料比配制好后加入到攪拌球磨機(jī)中，起動(dòng)攪拌球磨機(jī)，經(jīng)5~60小時(shí)的充分?jǐn)嚢枨蚰?，使混合粉各組分及樹脂液都分布均勻，將各組元粉末顆粒包裹起來，并粘結(jié)在一起，制備成微納米組合粉末； (5)干燥 將球磨好的組合粉末從球磨機(jī)中倒出，然后經(jīng)150°C~200°C干燥； (6)破碎和篩分 將干燥好的組合粉末進(jìn)行破碎，由篩粉機(jī)篩出粒度范圍為+150目~-350目的粉末分別作為成品粉，即得所需成分、所需粒度等級(jí)而又不會(huì)發(fā)生組分偏析的組合粉末。
【文檔編號(hào)】C22C19/07GK103526078SQ201310503944
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】丁剛, 丁家偉, 耿德英, 張瑩, 符寒光, 謝宗翰, 王愛華, 郭洪才, 印杰, 孫健, 張寧, 強(qiáng)穎懷, 郭長(zhǎng)慶 申請(qǐng)人:江蘇盛偉模具材料有限公司