[发明专利]一种可适用于重熔的电弧喷涂粉芯丝材

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于重熔处理的电弧喷涂粉芯丝材，属于材料加工工程专业热喷涂领域。电弧喷涂添加了自熔剂成分的粉芯丝材制备涂层经过重熔处理后的重熔层与基体为冶金结合，主要用于工程机械易磨损、高冲击零部件再制造修复与新品表面性能强化。 

背景技术

随着国家推动重大工程的建设，工程机械、矿山机械、重载车辆产业等领域蓬勃发展，而工程机械、矿山机械设备的使用工况较为恶劣，长期在高速、重载、振动、冲击、摩擦和粉尘硬质颗粒冲蚀等条件下工作；超负荷作业；润滑条件差等。因此造成这些行业使用设备的关键零部件存在易于磨损、腐蚀、使用寿命较短等不足，每年因报废零部件造成的经济损失和资源浪费巨大。如果采用先进表面技术对失效零部件进行再制造修复，恢复其原始尺寸及性能，可以使失效零部件得到再利用、再循环。高速电弧喷涂技术是再制造工程的关键技术之一，其利用两根连续送进的金属丝之间产生的电弧熔化金属喷涂丝材，采用高压气流将其雾化成小熔滴并高速喷射至工件表面形成涂层的一种工艺。它可以制备出优于本体材料性能的表面功能薄层，在恢复零件尺寸的同时，进一步提升了零件的表面性能。该技术具有生产效率高、成本低、工艺实现灵活性高、适于现场野外作业、对工件基体热传输小等优势。电弧喷涂技术的劣势在于电弧喷涂层是大量熔融态的粒子扁平化沉积、相互叠加并形成涂层的工艺过程，涂层和基体形成的是机械嵌合而非冶金结合，使得涂层的结合强度较低，同时，喷涂材料在雾化空气作用下不可避免地发生氧化使得涂层中含有较多的氧化物和孔隙。这些氧化物和孔隙在涂层服役过程中受到高冲击力和较强交变载荷的作用下会产生应力集中，成为微裂纹萌生源，最终导致涂层剥落失效。这些劣势严重限制了电弧喷涂技术在工程机械等行业零部件再制造修复产业中的应用。 

鉴于热喷涂涂层结合强度低、氧化物含量高等不足，人们提出了一种热喷涂涂层重熔处理的新工艺。它是利用热源将涂层中最易熔化 的成分熔化，产生的液相有助于扩散过程的强化和成分的渗透，熔化的结果使热喷涂涂层与基体的结合区由原来堆叠的层状组织变为均匀致密的组织、孔隙减少甚至消失。因此采用适当的重熔处理，可改善涂层与基体间的结合强度和涂层内在质量，从而提高涂层的耐磨、耐蚀性能。 

因此，很有必要计划研发一种高性能的可以适用于重熔处理的电弧喷涂粉芯丝材，目前现有的电弧喷涂粉芯丝材局限于单纯添加各种合金元素、硬质陶瓷相、非晶形成元素等，提高涂层的耐磨性、硬度、非晶含量等性能、但现有粉芯丝材的元素配比未考虑到后续重熔处理，未添加自熔剂成分、抗开裂元素和去氧元素，因此在重熔处理过程中易造成涂层开裂、氧化物聚集等缺陷。因此设计一种添加自熔剂成分适用于重熔处理的粉芯丝材很有价值，本发明的设计思想是添加合金元素在保证涂层具有较高的硬度和强度的同时，添加自熔剂成分、高温放热元素、去氧元素，使涂层在TIG重熔时具备脱氧、造渣的功能，氧化夹杂能浮于涂层表面，同时喷涂材料还有一定的自熔性效果，能在重熔阶段放出热量，促进涂层与基体界面区的冶金结合。目前具有添加有自熔剂成分的适用于重熔的电弧喷涂粉芯丝材未有相关专利和文献报道。 

发明内容

本发明的目的是为了拓展电弧喷涂技术的应用范围，提高电弧喷层的结合强度和组织性能而设计研制的一种添加有自熔剂成分，适用于涂层后续重熔处理的电弧喷涂粉芯丝材。采用该电弧喷涂粉芯丝材制备的涂层经重熔后涂层与基体为冶金结合，涂层组织致密、孔隙率及氧化物含量降低。 

本发明所提供的添加有自熔剂成分的可适用于重熔的电弧喷涂粉芯丝材的粉芯成分及其质量百分含量如下：Ni粉：6～15%；Cr粉：5～13%；Al粉：4～8%；BFe粉：5～7%；NbFe粉：3～5%；混合稀土镍粉：1～3%，其中混合稀土镍粉成分由质量百分含量为60%的Ni和40%的混合Re组成，其中混合Re由质量百分含量为25～28%的La；48～52%的Ce；14～17%的Nb和4～6%的Pu组成；余量：Fe粉。 

本发明所述粉芯丝材的制备采用现有的粉芯丝材制备技术，包括以下步骤： 

首先采用电弧喷涂方法将本发明的粉芯丝材制备成涂层，随后利用钨极氩弧热源重熔喷涂层，各组分的作用如下： 

Fe粉：高温熔滴中的Fe在喷涂形成涂层沉积过程中形成α-Fe，经过钨极氩弧热源重熔后Fe原子与其他原子扩散程度增大，形成γ-Fe与其他硬质相的相间复合组织，有效的改善涂层的韧性与强度的协调匹配性。