[发明专利]一种镍基耐磨熔覆层的制备方法

说明书

本发明为一种镍基耐磨熔覆层的制备方法。该方法包括以下步骤：将NiCrBSi粉与单质Nb粉进行球磨混合，得到混合粉末，与由松香和松节油组成的粘结剂混合后，涂覆到经过调质处理和表面清理的基体表面，烘干后，用钨极氩弧焊机进行熔覆；熔覆后冷却，得到Ni基熔覆层。本发明通过钨极氩弧熔覆的方式实现了熔覆层与基体之间的冶金结合，提升界面结合强度，另外原位析出NbC第二相，避免服役过程中第二相从基体中脱落，制备出高硬度高耐磨性能的熔覆层。

技术领域

本发明涉及金属材料表面工程领域，具体为一种镍基耐磨熔覆层的制备方法。本发明采用钨极氩弧熔覆的方法制备出高硬度高耐磨熔覆层，大幅度提升了工件的摩擦磨损性能。因此，本发明主要应用于石油钻探设备、铁路交通、活塞环等领域。

背景技术

磨损失效是造成工件失效破坏最主要的方法之一，磨损损失了世界一次能源的三分之一,我国每年因磨损造成的经济损失占有非常大的比例，尤其在冶金和矿产资源开采、汽车及铁路交通等领域存在明显的磨损失效现象。磨损在增加生产成本的同时也会往往带来安全隐患，因此有必要提升工件的磨损性能。

通常情况下，磨损往往起源于工件表面，因此工件的表面性能是决定磨损性能的关键，在一些苛刻的环境下，比如高载荷、复杂环境等工况条件下，一些工件甚至已经无法满足要求，服役寿命明显降低，更换成本逐步增加，因此有必要采取措施提升工件的表面特性，降低磨损失效，充分挖掘工件潜力，降低成本，节约资源。通过表面强化来延长工件的服役寿命成为重要的手段，通过在工件表面制备防护层，能有效提升工件表面的硬度和磨损特性，从而延长工件的使用寿命。防护层与基体之间的界面结合力较低是限制其保护效果的关键，比如热喷涂涂层，涂层与基体之间结合力较差，因此容易剥落，防护能力受到很大限制。

发明内容

本发明的目的是针对工件表面磨损严重的问题提供一种高耐磨熔覆层的制备方法。本发明将用于冶金或者焊条原料的Nb粉与常规NiCrBSi粉机械混合，粉末制备成本低。通过钨极氩弧熔覆的方式实现了熔覆层与基体之间的冶金结合，提升界面结合强度，另外原位析出NbC第二相，避免服役过程中第二相从基体中脱落，制备出高硬度高耐磨性能的熔覆层。

本发明的技术方案为：

一种镍基耐磨熔覆层的制备方法，包括以下步骤：

第一步，配制熔覆所需的混合粉末：

将NiCrBSi粉与单质Nb粉进行球磨混合，得到混合粉末；其中，质量比为NiCrBSi粉：单质Nb粉＝92～96：4～8；

第二步，基体调质处理；

第三步，基体表面清理；

第四步，预制层制备

将粘结剂和第一步中得到的混合粉末进行混合，然后涂覆到清理后的基体表面，得到粉末粘接层；然后放入300～310℃鼓风箱中保温2～3h，得到预制层；其中，质量比为混合粉末：粘结剂＝70～85：15～30；粘结剂的组成为松香和松节油，质量比为松香：松节油＝1：3；粉末粘接层厚度为0.6～0.8mm；

第五步，对预制层进行熔覆处理

将钨极氩弧焊机调节至直流正接，然后对预制层进行熔覆；熔覆后冷却，得到Ni基熔覆层；

其中，熔覆电流为80～90A，焊枪扫描速度为130～140mm/min，弧长为2～3mm，氩气流量为8～10L/min,步长为2～3mm；

所述的基体为碳素钢或者合金钢。

所述的NiCrBSi粉末各组分质量分数为：Cr为15％～18％、B为2％～3％、Si为2％～4％、Fe为10％～12％、C为4％～8％，余量为Ni，粉末粒度为25～50μm；Nb粉的粉末粒度为30～70μm。