[发明专利]球铁轧辊表面激光强化用纳米陶瓷合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光强化合金材料领域，具体涉及一种球铁轧辊表面激光强化用纳米陶瓷合金材料及其制备方法。

背景技术

因合金球墨铸铁轧辊具有良好的导热和抗热疲劳能力，目前常被用作中轧过渡道次轧辊，工作时轧辊受到较大的工作压力及冲击作用，且表面直接与高于1000℃的的高温轧材接触，容易导致磨损和热疲劳。采用适当的工艺对轧辊表面进行强化处理，提高工作表面的耐磨性和抗热疲劳性，是目前钢铁企业降低成本、提高工效的有效措施。

激光表面合金化是利用高能密度的激光束快速加热熔化特性，使基材表层和添加的合金元素熔化混合，进行充分的冶金作用，从而形成以原基材为基底、无明显界面的新表面合金层。它有效地避免了其它修复方法所带来的局限性和风险，有效地提升了轧辊工作表面的耐蚀耐磨性能，周期短，效率高，使用寿命提高显著，降低辊耗率。

目前关于利用激光合金化或激光再制造工艺进行设备零部件修复的专利和报道已很多，但国内外还没见到专用于球墨铸铁轧辊工作表面大面积激光合金化有效处理的纳米陶瓷合金材料的相关报道。将激光合金化与抗氧化耐蚀耐磨纳米陶瓷合金粉末相结合，对失效的球墨铸铁轧辊进行修复，该粉末材料除需具有上述性能外，还要适合大面积激光合金化的加工要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种球铁轧辊表面激光强化用纳米陶瓷合金材料及其制备方法，克服现有技术的不足，以纳米级WC-Co复合陶瓷合金粉末为基础，满足球墨铸铁轧辊表面硬度较高、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损的性能要求，具有优越的大面积激光表面合金化性能，用于修复或再制造失效的球墨铸铁轧辊。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

球铁轧辊表面激光强化用纳米陶瓷合金材料，以WC陶瓷合金为基础，其化学成分组成按重量百分比为：C 4.0～5.5%、B 1.2～2.0%、Si 1.5～2.5%、Co 4.0～14.0%、Ce 0.02～0.06%、W余量。Si的作用是降低熔点、增加硬度、改善激光加工性能。

球铁轧辊表面激光强化用纳米陶瓷合金材料，以WC陶瓷合金为基础，其化学成分组成按重量百分比为：C 4.0～5.5%、B 1.2～2.0%、Ti1.2～2.0%、Co 4.0～14.0%、Ce 0.02～0.06%、W余量。Ti的作用是增加耐磨性、改善激光加工性能。

所述球铁轧辊表面激光强化用纳米陶瓷合金材料的制备方法，首先将C、B、Co、Ce、W成分通过喷雾热解、焙烧、还原、碳化、脱氧制成纳米陶瓷合金粉末，然后向粉末中以机械混粉的方式添加平均颗粒度为0.3μm以下的SiO₂或TiO₂，搅拌均匀即为产品。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）在轧辊工作表面与球墨铸铁基材形成浸润良好的纳米陶瓷合金，使辊面表层形成新的含有硬质强化相且具有超细化、高强韧性、高耐磨金相组织的合金层，合金层硬度较高、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损、耐冷热冲击强度高，具有优越激光加工性能。

2）可以降低激光强化过程中合金层的组织应力和热应力，激光合金层具有组织细小、无孔洞和裂纹、合金化层与基材呈冶金结合、结合强度高的特点，有效解决了失效球墨铸铁轧辊快速成功修复的技术难题，可提高轧辊使用寿命，提高了过钢量，减少换辊次数。

3）合金化层在具有较高硬度和强度的同时，又降低了合金熔点和开裂倾向，从根本上解决并提高了表面新材料的抗裂性、成型性、表面平整性、工艺稳定性和成分均匀性。 

4）为冶金轧钢行业修复失效后的球墨铸铁轧辊，提供了一种行之有效、经济适用的便捷方法，上机使用效果良好，耐磨耐蚀性能大幅提高，过钢量提高1.6倍，延长了轧辊更换周期，获得用户的赞誉，应用市场广阔，经济效益和社会效益显著。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明：

本发明提供了一种球铁轧辊表面激光强化用纳米陶瓷合金材料，是以WC陶瓷合金为基础，其化学成分组成按重量百分比为：C 4.0～5.5%、B 1.2～2.0%、Si 1.5～2.5%、Co 4.0～14.0%、Ce 0.02～0.06%、W余量。

另一种球铁轧辊表面激光强化用纳米陶瓷合金材料，也是以WC陶瓷合金为基础，其化学成分组成按重量百分比为：C 4.0～5.5%、B 1.2～2.0%、Ti1.2～2.0%、Co 4.0～14.0%、Ce 0.02～0.06%、W余量。