[发明专利]一种含Si、Cr复合陶瓷相的耐磨堆焊合金及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明应用于材料科学领域，特别涉及一种含Si、Cr复合陶瓷相的耐磨堆焊合金及其制备工艺。

背景技术

伴随全球工业的大发展，世界范围内已经出现资源短缺问题，节约资源变得越发重要。磨损作为材料损耗的最主要原因之一，对资源的消耗极大，为此如何提高材料的耐磨性就成为世界性关注的课题。作为汽车安全的保障，制动系统一直是人们研究和关注的重点。由于交通工具运行速度的快速提升，对制动系统的安全稳定性和使用寿命要求更高。作为制动系统心脏的刹车片的耐磨性和抗高温氧化性的能力务必需要提升，由此可见，刹车片的耐磨材料合金体系的优化设计前景看好，耐磨堆焊合金在刹车片上的应用研究潜力巨大。

中国申请专利“耐磨合金”(CN1772941A)，由如下重量比例的元素熔炼而成：C：0.2%，Si：0.3%，Mn：1.6%，Ni：1.35%，Cr：0.7%，Ti：1.7%，Ag：0.9%，Cu：0.3%，余量为Fe。该耐磨合金其优点耐磨性好，使用寿命长，比普通的合金提高耐磨性能30-40%，。但其中需要熔炼，能源消耗大，并且加入的合金元素种类较多，促使成本增加。

中国申请专利“耐磨合金”(CN1036993A)，该发明涉及冶金领域。含有碳、硅、锰、铬、钛、锆和铁的耐磨合金，其质量百分比：C 2.38-3.50%，Si 0.01-2.50%，Mn 0.20-5.50%，Cr 18.50-40.00%，Ti 0.03-0.20%，Zr 0.02-0.48%，Nb 0.05-0.16%，余量为Fe。本发明虽然具有很高的耐磨性能，但由于元素加入种类过多，并且其中某些元素的加入量过高，致使成本较高。

中国申请专利“硬质耐磨铁合金”（CN86102537B），该发明涉及一种硬质耐磨铁合金，其化学成分按重量百分比为：C 2.5-3%，Mn 0.5-1.3%，Si0.3-1.3%，Cr 25-30%，Mo 2-2.5%，V 0.4-1%，B 3-4%，S、P小于0.05%，余量为Fe。本发明中虽然合金元素的加入量以有所减少，但其应用范围主要在油井和石油化工设备上，并且其制备工艺相对复杂，成本升高。

综上，虽然一系列的发明都具有很好的耐磨性，但公布的耐磨堆焊合金材料或者加入的合金元素种类众多，或者加入的合金元素昂贵，再或者堆焊合金的制备工艺较为复杂，这些都会增加生产成本。由此可见，一种添加合金元素少、制备工艺简单、成本低并且耐磨性能好的耐磨堆焊合金一直被人们所期待，由此可见本发明具有相当大的实际价值。

发明内容

本发明的目的就在于解决现有技术存在的上述不足，经过大量试验和反复研究，提供一种添加合金元素少、制备工艺简单、成本低并且耐磨性能好的耐磨堆焊合金。不是简单的添加硬质相而是通过等离子堆焊原位自生一种含Si、Cr复合陶瓷相的耐磨堆焊合金。

本发明给出的技术方案是：这种含Si、Cr复合陶瓷相的耐磨堆焊合金，其特点是该合金的元素成分按质量百分比为：Cr 10-20%，Si 0.5-5%，Ni 1-4%，C 5～10%，余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明中的Cr元素的添加采用高碳铬铁粉、Si元素的添加采用硅铁粉、Fe元素采用纯度大于99%的还原铁粉、Ni元素的添加采用纯镍粉、C元素采用片状石墨, 粉末粒度在60～160目之间，将以上粉末采用机械方式均匀混合。

本发明给出的这种含Si、Cr复合陶瓷相的耐磨堆焊合金的制备工艺，其特点是。

将按元素质量百分比计算后的铬铁粉、钼粉、镍粉、石墨及还原铁粉机械混合后，采用球磨机干式球磨的方法混合均匀，球磨转速在100～200 r/min，球磨时间2～3小时，粒度达到60-160目，然后取出。

将粉末在烘干炉内在200℃条件下烘干1-2h，炉内冷却至室温。

将粉末添加到送粉器中，进而进行等离子弧堆焊形成耐磨堆焊层，具体等离子弧堆焊工艺为：焊接电流150-200A,焊接电压20-30V, 电极直径4mm，电弧纵向移动速度3-6 cm/min，电弧横向摆动频率40-50次/分，电弧横向摆动宽度3-4 cm。

本发明是在保证堆焊合金的硬度及耐磨性的同时，减少贵重合金元素的加入量，减少加入合金元素的种类，形成一种成本低廉、制备方法简单的耐磨合金。该耐磨合金伴随Si含量的增加，其硬度得到显著的提高，但当Si含量增大到一定程度，其韧性必然下降，使脆性大增。Ni的加入能够有效改善了基体的韧性，使由于Si的增加带来的脆性下降。使基材与硬质相的结合性得到了提高，增加了陶瓷硬质相与基体的结合强度。