專利名稱：纖維增韌金屬陶瓷堆焊層和有堆焊層的部件及其噴焊方法
技術領域：
本發明屬于一種堆焊層和有堆焊層的部件及其堆焊層的噴焊方法，特別涉及一種纖維增韌金屬陶瓷堆焊層和有堆焊層的部件及其堆焊層的噴焊方法。
在CN1036046A專利文件中公開了一種防噪音和/或振動的涂層及涂覆方法。它所涉及的只是一種包括一層有空隙或空穴的較硬物質的表面涂層，其空隙或空穴含有一種塑性或彈性高于上述較硬物質的材料。較硬物質涂層內含有硬相纖維。其所采用的等離子噴涂方法是用于噴涂粘結材料將較硬物質涂層與基體材料粘結，它們并沒有熔合，因此涂層與基體的結合力不強，更沒有增韌或增強作用。而且這種涂層只是用于防止噪音或振動，而不能用于耐磨損件。
本發明的目的之一是提供一種用于耐磨損件表面的纖維增韌金屬陶瓷堆焊層及其有堆焊層的部件。
本發明的目的之二是提供一種制備纖維增韌金屬陶瓷堆焊層的噴焊方法。
本發明的目的可以通過以下措施來實現用于耐磨損件表面的纖維增韌金屬陶瓷堆焊層是在基材表面通過噴熔熔合而成的具有韌性的耐磨堆焊層，其堆焊層成分中含有金屬合金、碳化物和纖維；金屬合金和碳化物的組成成分是(重量％)Fe(Ni、Co)50～90 碳化物0～30Ni0～15 Si0～5 Co0～10 Cr0～20 C0～6其纖維直徑為7～200μm，長度≥20μm。
堆焊層中的碳化物是碳化鎢、碳化鈦、碳化硼、碳化釩等。
堆焊層中的纖維是鉬纖維、鎢纖維及其熔點離于焊層合金的金屬或合金纖維，以及表面涂或鍍有金屬的金屬或合金纖維。
堆焊層中的纖維是涂或鍍有金屬或碳化硅的碳纖維、硼纖維、陶瓷纖維等非金屬纖維。
噴焊有纖維增韌金屬陶瓷堆焊層的部件，其基體是金屬，表面層是纖維增韌金屬陶瓷堆焊層，中間是含有基體金屬、噴粉合金和碳化物的熔合層，各層之間沒有明顯的界面。
纖維增韌金屬陶瓷堆焊層的噴焊工藝步驟是(1)將纖維束放在工件的待焊表面；(2)用等離子弧噴焊設備在工件待焊表面引弧；(3)送粉噴焊，用氬氣或氮氣作離子氣和送粉氣，送入含有金屬合金和碳化物的混合粉，其工藝條件是噴焊電壓為28～32V， 噴焊電流為80～200A送粉氣流量為0.2～1l/min 離子氣流量為0.2～0.6l/min
送粉量為10～30g/min；噴焊速度為5～30cm/min，(4)噴焊時，先在工件表面形成＞2mm厚度的熔融金屬層，利用液態金屬層向前流動，將纖維完全覆蓋，隨后送粉噴焊依次進行。以免等離子弧直接輻照纖維將其熔化。
(5)所形成的溶池自然冷卻凝固，即形成纖維增韌金屬陶瓷堆焊層。
其噴焊方法的工藝步驟還可以是(1)用等離子弧噴焊設備在工件待焊表面引弧；(2)送粉噴焊，其工藝條件與上述相同；(3)在待焊工件表面形成熔池后，在熔池的中后部沿其縱向將纖維植入熔池中，待熔池前移約一個熔池距離時，接著植入第二束，以此類推，直至堆焊完成；(4)熔池自然冷卻凝固，即形成纖維增韌金屬陶瓷堆焊層。
堆焊層中含有Ni，可提高基體韌性；Co可提高耐熱性；增加少量的Cr可提高抗氧化性、耐蝕性；Si可改善噴焊層的流動性；在堆焊層中加入高強度纖維，通過與堆焊層材料的復合，一方面讓高強度纖維承受大部分焊后殘余拉伸應力，以顯著減少脆性基體所承受的拉伸應力，另一方面裂紋擴展時碰到的纖維可有效地阻止裂紋進一步擴展，增加裂紋的擴展阻力，從而可從根本上改善堆焊層的抗烈性，以提高其韌性。
本發明與現有技術相比有如下優點堆焊層與基體熔合成一體，因此結合力強，使用中不至于破碎或脫落。堆焊層中加入了高強度纖維，使韌性得到大大提高，從而解決了堆焊材料硬度越高韌性越低及脆、裂問題，使高硬度堆焊材料可廣泛應用于耐磨件上，并能延長其工件的使用壽命。
附圖的圖面說明如下

圖1是噴焊有纖維增韌金屬陶瓷堆焊層的工件斷面示意圖。
圖中1是工件基材，2是熔合層，3是堆焊層，4是纖維。各層之間沒有明顯的界面。
圖2是纖維增韌金屬陶瓷堆焊層的金相組織照片(放大100倍)。
從圖2可以看出堆焊層中的纖維沒有熔化，合金組織致密。
下面結合具體實施例對本發明作進一步詳述實施例1在材質為鋼的閥門表面噴焊耐磨層(1)將表面鍍鐵的直徑為80μm、長度為5cm的鉬絲，30根為一束，取5束縱向放置在閥門待焊表面。
(2)用等離子弧噴焊設備在閥門待焊表面引弧。
(3)將粒度為60～160目的合金粉，噴熔在閥門待焊表面。噴熔時，用工業純氬作送粉氣、離子氣，送粉氣流量為0.5l/min，離子氣流量為0.4l/min，送粉量為10g/min，噴焊電流為150A，噴焊速度為10cm/min。
合金粉組成如下Fe80g、B4c20g。
(4)噴焊時，先在工件表面形成＞2mm厚度的熔融金屬層，利用液態金屬層向前流動，將予先放置的鉬纖維完全覆蓋，隨后送粉噴焊依次進行。
(5)送粉噴焊所形成的溶池自然冷卻凝固，即在閥門表面形成纖維增韌金屬陶瓷堆焊層。
該閥門基材是鋼，表面是含有Fe、B4C和鉬纖維的堆焊層，中間是Fe和B4C的熔合層。其堆焊層表面基本上無肉眼可見的裂紋產生。
經測試其硬度HRA92沖擊韌性Ak＝16J/cm2實施例2在材質為鎳的模具表面噴焊耐磨層(1)將直徑為7μm、長度為1cm的表面鍍碳化硅的碳纖維和鍍鎳的碳纖維，300根為一束，取5束縱向放置在模具的待焊表面。
(2)用等離子弧噴焊設備在模具待焊表面引弧。
(3)將粒度為60～160目的合金粉，噴熔在模具待焊表面。噴熔時，用工業純氬作送粉氣、離子氣，送粉氣流量為0.8l/min，離子氣流量為0.2l/min，送粉量為15g/min，噴焊電流為100A，噴焊速度為15cm/min。
合金粉組成如下Ni65g、Tic20g、SiFe10、Co5。
(4)噴焊時，先在工件表面形成＞2mm厚度的熔融金屬層，利用液態金屬層向前流動，將予先放置的碳纖維完全覆蓋，隨后送粉噴焊依次進行。
(5)送粉噴焊所形成的熔池自然冷卻凝固，即在模具表面形成纖維增韌金屬陶瓷堆焊層。
該模具基材是鋼，表面是含有Ni、TiC、SiFe、Co和碳纖維的堆焊層，中間是Ni和TiC、SiFe和Co的熔合層。其堆焊層表面基本上無肉眼可見的裂紋產生。
經測試其硬度HRA86 沖擊韌性Ak＝10J/cm2實施例3在材質為鋁的汽車缸體表面噴焊耐磨層(1)用等離子弧噴焊設備在缸體待焊表面引弧。
(2)將粒度為60～160目的合金粉，噴熔在缸體待焊表面。噴熔時，用工業純氮作送粉氣、離子氣，送粉氣流量為1l/min，離子氣流量為0.6l/min，送粉量為20g/min，噴焊電流為180A，噴焊速度為20cm/min。
合金粉組成如下Co55g、WC20g、CrFe15g、SiFe10g。
(3)待缸體待焊表面形成熔池后，將直徑為50μm、長度為10cm的鎢絲，30根為一束，沿熔池縱向間斷植入熔池中后部。待熔池前移一個熔池距離時，接著植入第二束，依次類推。
(4)送粉噴焊所形成的熔池自然冷卻凝固，即在缸體表面形成纖維增韌金屬陶瓷堆焊層。
該缸體基材是鋁，表面是含有Co、WC、CrFe、SiFe和鉬纖維的堆焊層，中間是Al和Co、WC、CrFe、SiFe的熔合層。其堆焊層表面基本上無肉眼可見的裂紋產生。
經測試其硬度HRC52沖擊韌性Ak＝20J/cm權利要求
1.一種用于耐磨損件表而的纖維增韌金屬陶瓷堆焊層，其特征在于該堆焊層是在基材表面通過噴熔熔合而成的具有韌性的耐磨堆焊層，其堆焊層成分中含有金屬合金、碳化物和纖維；金屬合金和碳化物的組成成分是(重量％)Fe(Ni、Co)50～90 碳化物0～30 Ni0～15 Si0～5 Co0～10Cr0～20 C0～6其纖維直徑為7～200μm，長度≥20μm。
2.按照權利要求1所說的堆焊層，其特征在于堆焊層中的碳化物是碳化鎢、碳化鈦、碳化硼、碳化釩等。
3.按照權利要求1所說的堆焊層，其特征在于堆焊層中的纖維是鉬纖維、鎢纖維及其熔點高于焊層合金的金屬或合金纖維。
4.按照權利要求1所說的堆焊層，其特征在于堆焊層中的纖維是涂或鍍有金屬層或碳化硅的碳纖維、硼纖維、陶瓷纖維等非金屬纖維。
5.一種噴焊有如權利要求1至4中任一項所述堆焊層的部件，其特征在于部件基體是金屬，表面層是纖維增韌金屬陶瓷堆焊層，中間是含有基體金屬、噴粉合金和碳化物的熔合層。
6.一種制備權利要求1至4所述的堆焊層的噴焊方法，其特征在于噴焊的工藝步驟是(1)將纖維束放置在工件的待焊表面；(2)用等離子弧噴焊設備在工件待焊表面引弧；(3)送粉噴焊，用氬氣或氮氣作離子氣和送粉氣，送入含有金屬合金和碳化物的混合粉，其工藝條件是噴焊電壓為28～32V，噴焊電流為80～200A送粉氣流量為0.2～1l/min離子氣流量為0.2～0.6l/min送粉量為10～30g/min； 噴焊速度為5～30cm/min，(4)噴焊時，先在工件表面形成＞2mm厚度的熔融金屬層，利用液態金屬層向前流動，將纖維完全覆蓋，隨后送粉噴焊依次進行。(5)所形成的溶池自然冷卻凝固，即形成纖維增韌金屬陶瓷堆焊層。
7.如權利要求6所述的噴焊方法，其特征在于在待焊工件表面形成熔池后，在熔池的中后部將纖維植入熔池中，熔池自然冷卻凝固，即形成纖維增韌金屬陶瓷堆焊層。
全文摘要
一種用于耐磨損件表面的纖維增韌金屬陶瓷堆焊層，其堆焊層合金中含有金屬合金、碳化物和纖維；一種噴熔有上述堆焊層的部件，其基體是部件基材，表面是纖維增韌金屬陶瓷堆焊層，中間是含有基體金屬、噴粉金屬和碳化物的熔合層；其噴焊方法是先將纖維束放于工件該焊表面，然后送粉噴焊。或先在待焊工件表面形成熔池后，在熔池的中后部將纖維束縱向植入熔池中，熔池自然冷卻凝固即成。該堆焊層與基體結合力強，韌性好，可廣泛應用于耐磨件上。
文檔編號C23C4/12GK1143689SQ9610834
公開日1997年2月26日 申請日期1996年7月2日 優先權日1996年7月2日
發明者王惜寶, 陸同理, 張文鉞 申請人:河北工業大學