一種碳矽摻雜堆焊材料的焊接方法與流程
2023-05-30 19:25:31 2
本發明涉及焊接領域，具體涉及一種碳矽摻雜堆焊材料的焊接方法。
背景技術：
堆焊再製造是焊接領域中的一個重要分支，是一種表面技術處理工藝方法，它是採用焊接方式在零件表面堆敷一層具有一定性能材料的工藝過程。對廢舊大型支承輥進行再製造工程處理，可挖掘出巨大的剩餘價值，再製造新品的成本約為原品的50％，而使用壽命能達到甚至超過原品，且能降低能耗60％以上，節約材料70％以上。因此堆焊再製造大型冶金支承輥可以大幅度減排、節能和降耗，具有明顯的資源、環保和社會效益，具有可持續發展前景。
為保證堆焊藥芯焊絲的焊接工藝性能，特別是保證堆焊藥芯焊絲焊芯焊接完全熔化及焊道的浸潤性良好，現有技術中一般在焊絲中加入的大量石墨及直接加入的少量鑄造碳化鎢或其他碳化物。
很多零件在長期使用和服役過程中發生材料表面嚴重磨損而失效。堆焊是一種表面改性處理方法，指將具有一定使用性能的合金材料藉助一定的熱源手段熔覆在母體材料的表面，以賦予母材特殊使用性能或使零件恢復原有形狀尺寸的工藝方法。它可以提高零件使用壽命，使普通材料表面獲得耐磨、耐腐蝕、高硬度的堆焊層。堆焊材料有鐵基自熔合金、鎳基自熔合金、鈷基自熔合金等。然而現有堆焊材料存在表面硬度和耐磨性差的問題。
技術實現要素：
本發明提供一種碳矽摻雜堆焊材料的焊接方法，本發明所採用的堆焊材料熔敷金屬組織中的加入活性炭負載矽納米材料，使得堆焊焊絲的焊接工藝性能，特別是保證堆焊焊絲焊接完全熔化及焊道的浸潤性良好；堆焊工藝利用二氧化碳保護焊作為熱源進行堆焊，克服現有堆焊材料表面硬度和耐磨性差的問題，從而獲得高的表面硬度和耐磨性。
為了實現上述目的，本發明提供了一種碳矽摻雜堆焊材料的焊接方法，該方法包括如下步驟：
（1）製備活性炭負載矽納米材料粉體
將裝有納米一氧化矽粉末的小瓷舟水平放置於氧化鋁管中間，然後將該管放在高溫管式爐中，抽真空在20-50pa，然後將溫度900-1000℃並分別保溫60-80min，之後升溫到1300-1400℃保溫4-6h；之後以10-15℃/min的速率降溫到500-600℃並保溫30-40min，同時以60sccm鼓入空氣到爐腔，自然冷卻至室溫，得到矽納米線，備用；
將矽烷偶聯劑加入到去離子水，並用醋酸調節ph至3.5，在室溫下攪拌30-50min，之後加入所述矽納米線，在85-95℃回流反應15-20h，抽濾、洗滌、乾燥，得到偶聯後的矽納米線複合物；
將得到的偶聯後的矽納米線複合物、納米活性炭加入到去離子水，用超聲波在45℃、150w的條件下混勻30-50min，室溫下靜止老化30-40h，用去離子水清洗多次至流出液呈中性，120-150℃烘乾15-20h至恆重，再350-400℃焙燒3-5小時，冷卻、乾燥，製得活性炭負載矽納米線，球磨粉碎得到活性炭負載矽納米粉體；
（2）按照如下重量份配料
上述活性炭負載矽粉體2-3份
v2-5份
co6-9份
ge2-3.5份
稀土氧化物0.1-0.3份
w0.3-0.6份
cu1-2份
fe65-70份；
按上述各組成的配比選擇相應的化合物或合金粉體，按比例混合均勻得到複合堆焊材料粉體；
（3）將所述複合堆焊材料粉體與水玻璃混合，冷壓成形，得到具有規則形狀、均勻厚度的混合粉末塗層；將所述塗層塗敷在基體表面，放入烘箱烘乾，然後在空氣中自然冷卻；
利用二氧化碳氣體保護焊作為熱源，在基體表面堆焊所述混合粉末塗層，獲得的堆焊層顯微組織由多角形碳化鎢和少量共晶組成。
優選的，所述稀土氧化物為ceo2+la2o3。
優選的，所述塗層塗敷在基體表面的厚度為3-4mm，所述二氧化碳氣體流量控制為15-20l/min，所述堆焊的工藝參數為：送絲速度為0.4-0.45m/min，焊接電流為200-250a，電弧電壓為30-35v，電源極性為直流正接。
具體實施方式
實施例一
將裝有納米一氧化矽粉末的小瓷舟水平放置於氧化鋁管中間，然後將該管放在高溫管式爐中，抽真空在20pa，然後將溫度900℃並分別保溫60min，之後升溫到1300℃保溫4h；之後以10℃/min的速率降溫到500℃並保溫30min，同時以60sccm鼓入空氣到爐腔，自然冷卻至室溫，得到矽納米線，備用。
將矽烷偶聯劑加入到去離子水，並用醋酸調節ph至3.5，在室溫下攪拌30min，之後加入所述矽納米線，在85-95℃回流反應15h，抽濾、洗滌、乾燥，得到偶聯後的矽納米線複合物。
將得到的偶聯後的矽納米線複合物、納米活性炭加入到去離子水，用超聲波在45℃、150w的條件下混勻30min，室溫下靜止老化30h，用去離子水清洗多次至流出液呈中性，120℃烘乾15h至恆重，再350℃焙燒3小時，冷卻、乾燥，製得活性炭負載矽納米線，球磨粉碎得到活性炭負載矽納米粉體。
按照如下重量份配料
上述活性炭負載矽粉體2份
v2份
co6份
ge2份
稀土氧化物0.1份
w0.3份
cu1份
fe65份。
按上述各組成的配比選擇相應的化合物或合金粉體，按比例混合均勻得到複合堆焊材料粉體；所述稀土氧化物為ceo2+la2o3。
將所述複合堆焊材料粉體與水玻璃混合，冷壓成形，得到具有規則形狀、均勻厚度的混合粉末塗層；將所述塗層塗敷在基體表面，放入烘箱烘乾，然後在空氣中自然冷卻；利用二氧化碳氣體保護焊作為熱源，在基體表面堆焊所述混合粉末塗層，獲得的堆焊層顯微組織由多角形碳化鎢和少量共晶組成。所述塗層塗敷在基體表面的厚度為3mm，所述二氧化碳氣體流量控制為15l/min，所述堆焊的工藝參數為：送絲速度為0.4m/min，焊接電流為200a，電弧電壓為30v，電源極性為直流正接。
實施例二
將裝有納米一氧化矽粉末的小瓷舟水平放置於氧化鋁管中間，然後將該管放在高溫管式爐中，抽真空在50pa，然後將溫度1000℃並分別保溫80min，之後升溫到1400℃保溫6h；之後以15℃/min的速率降溫到600℃並保溫40min，同時以60sccm鼓入空氣到爐腔，自然冷卻至室溫，得到矽納米線，備用。
將矽烷偶聯劑加入到去離子水，並用醋酸調節ph至3.5，在室溫下攪拌50min，之後加入所述矽納米線，在95℃回流反應20h，抽濾、洗滌、乾燥，得到偶聯後的矽納米線複合物。
將得到的偶聯後的矽納米線複合物、納米活性炭加入到去離子水，用超聲波在45℃、150w的條件下混勻50min，室溫下靜止老化40h，用去離子水清洗多次至流出液呈中性，150℃烘乾20h至恆重，再400℃焙燒3-5小時，冷卻、乾燥，製得活性炭負載矽納米線，球磨粉碎得到活性炭負載矽納米粉體。
按照如下重量份配料
上述活性炭負載矽粉體3份
v5份
co9份
ge3.5份
稀土氧化物0.3份
w0.6份
cu2份
fe70份。
按上述各組成的配比選擇相應的化合物或合金粉體，按比例混合均勻得到複合堆焊材料粉體；所述稀土氧化物為ceo2+la2o3。
將所述複合堆焊材料粉體與水玻璃混合，冷壓成形，得到具有規則形狀、均勻厚度的混合粉末塗層；將所述塗層塗敷在基體表面，放入烘箱烘乾，然後在空氣中自然冷卻；利用二氧化碳氣體保護焊作為熱源，在基體表面堆焊所述混合粉末塗層，獲得的堆焊層顯微組織由多角形碳化鎢和少量共晶組成。所述塗層塗敷在基體表面的厚度為4mm，所述二氧化碳氣體流量控制為20l/min，所述堆焊的工藝參數為：送絲速度為0.45m/min，焊接電流為250a，電弧電壓為35v，電源極性為直流正接。