[发明专利]一种铁基无磁熔覆层用合金粉末材料及熔覆层制备方法

说明书

技术领域

本发明属于表面涂层领域，具体涉及一种铁基无磁熔覆层用的多元合金粉末材料及熔覆层制备方法。 

背景技术

在矿山开采、油气钻探等工业领域，定向勘探技术是掘进系统中必不可少的重要组成部分，苛刻的服役条件不仅要求相应机械零部件具备优异的耐磨和抗蚀性能，同时还要满足定向勘探中对材料无磁性能的要求。目前，此类结构部件一般采用磁导率较低的奥氏体不锈钢、无磁钢、无磁硬质合金、铝合金、钛合金或铜合金等无磁材质制造，但在恶劣的勘探工况环境中其服役寿命受到了严重制约。采用适宜的表面处理技术，在奥氏体不锈钢等无磁材质零部件的表面制备一层无磁防护涂层，被认为是解决此类部件磨损和腐蚀问题，并实现表面强化和修复相结合的最为经济、有效的技术措施之一。 

目前，广泛应用的无磁涂层材料主要是以Ni基合金为主，一种是无添加硬质相的NiCrMo基合金粉末材料，另一种是引入陶瓷硬质相（主要是WC）的WC-Ni基无磁粉末材料。尽管WC-Ni熔覆材料在实际工程中得到了较好的应用，但由于其主要组元Ni属于稀缺金属，以至使用成本较高，且WC相在涂层制备过程中易发生分解形成具有铁磁性的新相进而影响涂层整体的磁性能，因此开发低成本、高性能的Fe基无磁熔覆层替代材料已成为近年来该领域研究的热点问题之一。 

在涂层制备方法中，通过高能量等离子弧为热源进行的等离子弧堆焊技术（Plasma transferred arc-welding,PTAW）具有稀释率小、微观缺陷少、涂层与基体冶金结合等特点，是制备高性能无磁涂层的经济有效方法之一。 

经检索，目前并无采用等离子弧堆焊方法（PTAW）制备铁基合金无磁熔覆层相关技术的专利报道。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种无添加硬质相的高硬度铁基无磁熔覆层用多元合金粉末及熔覆层制备方法。 

一种铁基无磁熔覆层用合金粉末材料，其特征在于：合金粉末材料主要包括：还原铁粉、电解锰粉、高碳铬铁、钼铁、硅铁、硼铁、碳化铬以及碳化硼，上述合金粉末粒度均在75μm-150μm；合金粉末中元素成分质量百分含量范围如下：Cr:5-20wt.%；Mo:15-30wt.%；C:1-4wt.%；B:0.5-3wt.%；Si:0.1-1.5wt.%;Mn:0-15wt.%，Fe及不可避免的杂质:余量。 

优选所述铁基熔覆层用的合金粉末的元素质量百分含量为：Cr:6-18wt.%；Mo:15-27wt.%；C:1.5-3.8wt.%；B:0.5-2.8wt.%；Si:0.3-1.2wt.%，Mn:0.5-13wt.%;Fe及不可避免的杂质:余量。 

进一步优选所述铁基熔覆层用的合金粉末的元素质量百分比为：Cr:6-16wt.%；Mo:16-25wt.%；C:1.8-3.6wt.%；B:0.8-2.5wt.%；Si:0.4-1wt.%，Mn:0.5-10wt.%;Fe及不可避免的杂质:余量。 

采用本发明上述多元合金粉末材料制备一种无添加硬质相的高硬度铁基无磁熔覆层的方法，其特征在于，包括如下步骤： 

步骤1、选用工业级金属、合金和陶瓷粉末，包括：还原铁粉、电解锰粉、高碳铬铁、钼铁、硅铁、硼铁、碳化铬以及碳化硼等，将其进行筛分并机械混合，最终获得粒度均在75μm-150μm的合金粉末，合金粉末中元素成分的质量百分含量为Cr:5-20wt.%；Mo:15-30wt.%；C:1-4wt.%；B:0.5-3wt.%；Si:0.1-1.5wt.%;Mn:0-15wt.%，Fe及不可避免的杂质:余量； 

步骤2、对基体表面进行预处理去除表面氧化膜； 

优选为：基体表面经粒度180目砂纸预磨后，利用粒度为60目棕刚玉，气压0.4-0.6MPa，喷砂枪摆速度5mm/s，进行基体表面喷砂粗化去除表面氧化膜； 

步骤3、将步骤1粉末采用等离子弧堆焊工艺制备Fe基多元合金熔覆层，堆焊工艺参数为：转移弧电压28-33V；转移弧电流70-95A；喷涂距离10-15mm；离子气、送粉气和保护气均为Ar气，其中，离子气流量:4-4.5L/h；送粉气流量:4-4.5L/h；保护气流量:6.5-7L/h；送粉电压：5.5-6.5V。 

对步骤3所述喷涂工艺进行优化，堆焊工艺参数设定为：转移弧电压29-31V；转移弧电流80-90A；喷涂距离12-14mm；离子气、送粉气和保护气均为Ar气，其中，离子气流量:4-4.5L/h；送粉气流量:4-4.5L/h；保护气流量:6.5-7L/h；送粉电压：5.8-6.5V。