专利名称：纤维增韧金属陶瓷堆焊层和有堆焊层的部件及其喷焊方法
技术领域：
本发明属于一种堆焊层和有堆焊层的部件及其堆焊层的喷焊方法，特别涉及一种纤维增韧金属陶瓷堆焊层和有堆焊层的部件及其堆焊层的喷焊方法。
在CN1036046A专利文件中公开了一种防噪音和/或振动的涂层及涂覆方法。它所涉及的只是一种包括一层有空隙或空穴的较硬物质的表面涂层，其空隙或空穴含有一种塑性或弹性高于上述较硬物质的材料。较硬物质涂层内含有硬相纤维。其所采用的等离子喷涂方法是用于喷涂粘结材料将较硬物质涂层与基体材料粘结，它们并没有熔合，因此涂层与基体的结合力不强，更没有增韧或增强作用。而且这种涂层只是用于防止噪音或振动，而不能用于耐磨损件。
本发明的目的之一是提供一种用于耐磨损件表面的纤维增韧金属陶瓷堆焊层及其有堆焊层的部件。
本发明的目的之二是提供一种制备纤维增韧金属陶瓷堆焊层的喷焊方法。
本发明的目的可以通过以下措施来实现用于耐磨损件表面的纤维增韧金属陶瓷堆焊层是在基材表面通过喷熔熔合而成的具有韧性的耐磨堆焊层，其堆焊层成分中含有金属合金、碳化物和纤维；金属合金和碳化物的组成成分是(重量％)Fe(Ni、Co)50～90 碳化物0～30Ni0～15 Si0～5 Co0～10 Cr0～20 C0～6其纤维直径为7～200μm，长度≥20μm。
堆焊层中的碳化物是碳化钨、碳化钛、碳化硼、碳化钒等。
堆焊层中的纤维是钼纤维、钨纤维及其熔点离于焊层合金的金属或合金纤维，以及表面涂或镀有金属的金属或合金纤维。
堆焊层中的纤维是涂或镀有金属或碳化硅的碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维等非金属纤维。
喷焊有纤维增韧金属陶瓷堆焊层的部件，其基体是金属，表面层是纤维增韧金属陶瓷堆焊层，中间是含有基体金属、喷粉合金和碳化物的熔合层，各层之间没有明显的界面。
纤维增韧金属陶瓷堆焊层的喷焊工艺步骤是(1)将纤维束放在工件的待焊表面；(2)用等离子弧喷焊设备在工件待焊表面引弧；(3)送粉喷焊，用氩气或氮气作离子气和送粉气，送入含有金属合金和碳化物的混合粉，其工艺条件是喷焊电压为28～32V， 喷焊电流为80～200A送粉气流量为0.2～1l/min 离子气流量为0.2～0.6l/min
送粉量为10～30g/min；喷焊速度为5～30cm/min，(4)喷焊时，先在工件表面形成＞2mm厚度的熔融金属层，利用液态金属层向前流动，将纤维完全覆盖，随后送粉喷焊依次进行。以免等离子弧直接辐照纤维将其熔化。
(5)所形成的溶池自然冷却凝固，即形成纤维增韧金属陶瓷堆焊层。
其喷焊方法的工艺步骤还可以是(1)用等离子弧喷焊设备在工件待焊表面引弧；(2)送粉喷焊，其工艺条件与上述相同；(3)在待焊工件表面形成熔池后，在熔池的中后部沿其纵向将纤维植入熔池中，待熔池前移约一个熔池距离时，接着植入第二束，以此类推，直至堆焊完成；(4)熔池自然冷却凝固，即形成纤维增韧金属陶瓷堆焊层。
堆焊层中含有Ni，可提高基体韧性；Co可提高耐热性；增加少量的Cr可提高抗氧化性、耐蚀性；Si可改善喷焊层的流动性；在堆焊层中加入高强度纤维，通过与堆焊层材料的复合，一方面让高强度纤维承受大部分焊后残余拉伸应力，以显著减少脆性基体所承受的拉伸应力，另一方面裂纹扩展时碰到的纤维可有效地阻止裂纹进一步扩展，增加裂纹的扩展阻力，从而可从根本上改善堆焊层的抗烈性，以提高其韧性。
本发明与现有技术相比有如下优点堆焊层与基体熔合成一体，因此结合力强，使用中不至于破碎或脱落。堆焊层中加入了高强度纤维，使韧性得到大大提高，从而解决了堆焊材料硬度越高韧性越低及脆、裂问题，使高硬度堆焊材料可广泛应用于耐磨件上，并能延长其工件的使用寿命。
附图的图面说明如下
图1是喷焊有纤维增韧金属陶瓷堆焊层的工件断面示意图。
图中1是工件基材，2是熔合层，3是堆焊层，4是纤维。各层之间没有明显的界面。
图2是纤维增韧金属陶瓷堆焊层的金相组织照片(放大100倍)。
从图2可以看出堆焊层中的纤维没有熔化，合金组织致密。
下面结合具体实施例对本发明作进一步详述实施例1在材质为钢的阀门表面喷焊耐磨层(1)将表面镀铁的直径为80μm、长度为5cm的钼丝，30根为一束，取5束纵向放置在阀门待焊表面。
(2)用等离子弧喷焊设备在阀门待焊表面引弧。
(3)将粒度为60～160目的合金粉，喷熔在阀门待焊表面。喷熔时，用工业纯氩作送粉气、离子气，送粉气流量为0.5l/min，离子气流量为0.4l/min，送粉量为10g/min，喷焊电流为150A，喷焊速度为10cm/min。
合金粉组成如下Fe80g、B4c20g。
(4)喷焊时，先在工件表面形成＞2mm厚度的熔融金属层，利用液态金属层向前流动，将予先放置的钼纤维完全覆盖，随后送粉喷焊依次进行。
(5)送粉喷焊所形成的溶池自然冷却凝固，即在阀门表面形成纤维增韧金属陶瓷堆焊层。
该阀门基材是钢，表面是含有Fe、B4C和钼纤维的堆焊层，中间是Fe和B4C的熔合层。其堆焊层表面基本上无肉眼可见的裂纹产生。
经测试其硬度HRA92冲击韧性Ak＝16J/cm2实施例2在材质为镍的模具表面喷焊耐磨层(1)将直径为7μm、长度为1cm的表面镀碳化硅的碳纤维和镀镍的碳纤维，300根为一束，取5束纵向放置在模具的待焊表面。
(2)用等离子弧喷焊设备在模具待焊表面引弧。
(3)将粒度为60～160目的合金粉，喷熔在模具待焊表面。喷熔时，用工业纯氩作送粉气、离子气，送粉气流量为0.8l/min，离子气流量为0.2l/min，送粉量为15g/min，喷焊电流为100A，喷焊速度为15cm/min。
合金粉组成如下Ni65g、Tic20g、SiFe10、Co5。
(4)喷焊时，先在工件表面形成＞2mm厚度的熔融金属层，利用液态金属层向前流动，将予先放置的碳纤维完全覆盖，随后送粉喷焊依次进行。
(5)送粉喷焊所形成的熔池自然冷却凝固，即在模具表面形成纤维增韧金属陶瓷堆焊层。
该模具基材是钢，表面是含有Ni、TiC、SiFe、Co和碳纤维的堆焊层，中间是Ni和TiC、SiFe和Co的熔合层。其堆焊层表面基本上无肉眼可见的裂纹产生。
经测试其硬度HRA86 冲击韧性Ak＝10J/cm2实施例3在材质为铝的汽车缸体表面喷焊耐磨层(1)用等离子弧喷焊设备在缸体待焊表面引弧。
(2)将粒度为60～160目的合金粉，喷熔在缸体待焊表面。喷熔时，用工业纯氮作送粉气、离子气，送粉气流量为1l/min，离子气流量为0.6l/min，送粉量为20g/min，喷焊电流为180A，喷焊速度为20cm/min。
合金粉组成如下Co55g、WC20g、CrFe15g、SiFe10g。
(3)待缸体待焊表面形成熔池后，将直径为50μm、长度为10cm的钨丝，30根为一束，沿熔池纵向间断植入熔池中后部。待熔池前移一个熔池距离时，接着植入第二束，依次类推。
(4)送粉喷焊所形成的熔池自然冷却凝固，即在缸体表面形成纤维增韧金属陶瓷堆焊层。
该缸体基材是铝，表面是含有Co、WC、CrFe、SiFe和钼纤维的堆焊层，中间是Al和Co、WC、CrFe、SiFe的熔合层。其堆焊层表面基本上无肉眼可见的裂纹产生。
经测试其硬度HRC52冲击韧性Ak＝20J/cm权利要求
1.一种用于耐磨损件表而的纤维增韧金属陶瓷堆焊层，其特征在于该堆焊层是在基材表面通过喷熔熔合而成的具有韧性的耐磨堆焊层，其堆焊层成分中含有金属合金、碳化物和纤维；金属合金和碳化物的组成成分是(重量％)Fe(Ni、Co)50～90 碳化物0～30 Ni0～15 Si0～5 Co0～10Cr0～20 C0～6其纤维直径为7～200μm，长度≥20μm。
2.按照权利要求1所说的堆焊层，其特征在于堆焊层中的碳化物是碳化钨、碳化钛、碳化硼、碳化钒等。
3.按照权利要求1所说的堆焊层，其特征在于堆焊层中的纤维是钼纤维、钨纤维及其熔点高于焊层合金的金属或合金纤维。
4.按照权利要求1所说的堆焊层，其特征在于堆焊层中的纤维是涂或镀有金属层或碳化硅的碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维等非金属纤维。
5.一种喷焊有如权利要求1至4中任一项所述堆焊层的部件，其特征在于部件基体是金属，表面层是纤维增韧金属陶瓷堆焊层，中间是含有基体金属、喷粉合金和碳化物的熔合层。
6.一种制备权利要求1至4所述的堆焊层的喷焊方法，其特征在于喷焊的工艺步骤是(1)将纤维束放置在工件的待焊表面；(2)用等离子弧喷焊设备在工件待焊表面引弧；(3)送粉喷焊，用氩气或氮气作离子气和送粉气，送入含有金属合金和碳化物的混合粉，其工艺条件是喷焊电压为28～32V，喷焊电流为80～200A送粉气流量为0.2～1l/min离子气流量为0.2～0.6l/min送粉量为10～30g/min； 喷焊速度为5～30cm/min，(4)喷焊时，先在工件表面形成＞2mm厚度的熔融金属层，利用液态金属层向前流动，将纤维完全覆盖，随后送粉喷焊依次进行。(5)所形成的溶池自然冷却凝固，即形成纤维增韧金属陶瓷堆焊层。
7.如权利要求6所述的喷焊方法，其特征在于在待焊工件表面形成熔池后，在熔池的中后部将纤维植入熔池中，熔池自然冷却凝固，即形成纤维增韧金属陶瓷堆焊层。
全文摘要
一种用于耐磨损件表面的纤维增韧金属陶瓷堆焊层，其堆焊层合金中含有金属合金、碳化物和纤维；一种喷熔有上述堆焊层的部件，其基体是部件基材，表面是纤维增韧金属陶瓷堆焊层，中间是含有基体金属、喷粉金属和碳化物的熔合层；其喷焊方法是先将纤维束放于工件该焊表面，然后送粉喷焊。或先在待焊工件表面形成熔池后，在熔池的中后部将纤维束纵向植入熔池中，熔池自然冷却凝固即成。该堆焊层与基体结合力强，韧性好，可广泛应用于耐磨件上。
文档编号C23C4/12GK1143689SQ9610834
公开日1997年2月26日 申请日期1996年7月2日 优先权日1996年7月2日
发明者王惜宝, 陆同理, 张文钺 申请人:河北工业大学