[发明专利]一种含有复相金属陶瓷的高耐磨堆焊合金材料

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种含有复相金属陶瓷的高耐磨堆焊合金材料。

背景技术

据统计全世界每年钢铁材料消耗量达7亿吨以上，其中有50％是由于材料磨损而消耗掉了。仅就我国电力、建筑材料、冶金、采煤和农机五个部门不完全统计，每年消耗金属材料达三百万吨以上，再加上能源消耗及因更换零件而停工等损失高达几十亿元。尤其是应用于矿山、水泥等领域的大型机械，在使用过程中由于局部磨损而无法继续使用，损耗巨大。例如用于粉碎矿石的颚式破碎机，其颚板是由抗凿削式磨损性能较好的高锰钢制造的。但是，由于颚式破碎机工作时受到矿石的强烈撞击和摩擦，颚板磨损非常严重，甚至几天就需要更换新的颚板。采用堆焊的方法修复已磨损报废的零部件，可以做到修复后的再生产品比新产品更加价廉物美。以目前的技术水平，在报废的各类耐磨材料中，可堆焊修复再生的部分按10％计，每年需要各类耐磨堆焊材料十二万吨以上。由此可见耐磨堆焊技术的市场潜力是十分巨大的。

金属陶瓷复合耐磨堆焊材料由软的胎体金属和金属陶瓷颗粒组成，具有高的耐磨性和较高的抗冲击性能，已经广泛地应用于石油、煤炭、地质和矿山等工业中一些受严重磨损工件工作面的堆焊。堆焊合金粉末包括钴基、镍基、铁基等合金系统，由于钴基和镍基合金粉末价格昂贵，因此铁基合金粉末材料应用较多。铁基复合材料相对于传统的耐磨材料来说，具有良好的韧性、塑性，可以作为耐磨材料的首选。目前常用的铁基复合材料的耐磨性相主要是WC和TiC，但如果采用WC基金属陶瓷作为耐磨相，则存在耐磨性相对较低、抗裂能力差等不足。而采用TiC基金属陶瓷作为耐磨相虽具有密度低，弹性模量、硬度和强度高，高温抗氧化性、耐蚀性和耐磨性好的优点，但是由于TiC基金属陶瓷的焊接性、与胎体金属的润湿性均较差，堆焊时熔池的流动性不好，导致成形不良，另外堆焊层在长时间使用时易出现裂纹。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种含有复相金属陶瓷的高耐磨堆焊合金材料。

本发明的含有复相金属陶瓷的高耐磨堆焊合金材料成分按重量百分比为铬铁25～50％，钛铁1～10％，钒铁1～10％，稀土材料0.1～5％，硼铁1～7％，钼铁0.4～8％，铝粉0.5～5％，镍铁0.4～7％，粉末材料0.1～10％，钠钾水玻璃8～15％，炭黑0.1～5％，余量为铁，粒度为70～140目；所述的粉末材料为TiC粉末、TiN粉末、WC粉末、TaC粉末中的一种或两种以上的混合物；所述的稀土材料为La、Ce、Y、Eu、LaO、CeO、YO、EuO中的一种或两种以上的混合物。

上述的高耐磨堆焊合金材料的制备方法是：将粒度在70～140目的铬铁、钛铁、钒铁、稀土材料、硼铁、钼铁、铝粉、镍铁、粉末材料、钠钾水玻璃、炭黑和铁粉按上述配比混合均匀，然后置于模具中压制成块，自然风干至少24h，然后在50～60℃条件下烘干0.5～1h，再升温至150～300℃条件下保温1～5h。

本发明的高耐磨堆焊合金材料优选成分之一是按重量百分比为铬铁25～30％，钛铁1～5％，钒铁1～5％，硼铁1～5％，钼铁0.4～5％，铝粉0.5～4％，镍铁1～7％，粉末材料0.2～10％，钠钾水玻璃8～10％，炭黑0.1～5％，稀土材料0.1～2％，余量为铁，粒度为70～140目；其中稀土材料为LaO，其中粉末材料为TiN粉末和TiC粉末，TiN粉末的重量含量为0.1～5％，TiC粉末的重量含量为0.1～5％。该优选成分的堆焊合金材料适用于碳弧堆焊。

本发明的高耐磨堆焊合金材料优选成分之二是按重量百分比为铬铁40～50％，钛铁2～8％，钒铁2～8％，硼铁2～5％，钼铁1～5％，铝粉1～5％，镍铁1～7％，TiN粉末0.1～5％，钠钾水玻璃10～15％，炭黑0.1～5％，稀土材料0.2～5％，余量为铁，粒度为70～140目；其中稀土材料为CeO。该优选成分的堆焊合金材料适用于等离子弧堆焊。

本发明的高耐磨堆焊合金材料具有很高的抗磨粒磨损性能的原理是：

1、以铬的碳硼化合物及Ti、V的C、N化合物等复相金属陶瓷为硬质相，其显微硬度在HV1600～3200之间，大量的碳硼化合物及金属C、N化合物均匀、弥散地分布在合金基体中，当磨粒对其表面进行磨损时，碳硼化合物及C、N化合物起耐磨骨架作用。