Ni自熔合金粉末
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Ni60自熔合金粉末
Ni60自熔熔合金粉末是镍基自熔合金粉末系列中最重要牌号之一。其显著的特点是合金铁含量高(≤15%),而国外同类牌号粉末的铁含量低(≤5%)。表1列出Ni60合金成分(质量分数)与国外同类合金的比较。
表1 Ni60合金的化学成分比较
牌号化学成分%硬度
(HRc)备注
C Cr B Si Fe Co Ni
Ni60 1.0~0.6 17~
14 4.5~
2.5
4.5~3 ≤15 余55~62 研制
12496 0.68 15.99 3.01 4.1 2.5 ――余55~62 瑞士15E 1.0 16.9 3.44 4.15 3.78 ――余60~64 美国No6 0.75 13.5 3.0 4.25 4.75 ――余56~61 美国SF60 ――16.0 3.0 4.5 4.5 ――余59~62 英国RK70 0.9 16.5 3.3 4.3 ---- ――余60~64 德国FP6M 0.6 14.0 3.0 4.5 4.5 2~1 余55~60 日本
Ni60粉喷焊层硬度在HRc60左右,与渗碳、渗氮、渗硼、镀铬和某些堆焊合金等表面硬化处理后的硬度相当,并具有优良的耐磨性、耐蚀性和抗高温氧化的综合性能,已被广泛用于冶金、机械、矿山、石油、化工、轻工、汽车等领域易损部件的修复和须保护,能几倍乃至几十倍地提高使用寿命,取得了显著的经济效益和社会效益。
二、Ni60粉末性能和喷焊层的性能
2、1 形貌
采用扫描电镜拍摄Ni60粉末形貌(见图1),
表明研制的粉末球形良好、表面光洁。在喷焊时
不堵塞喷炬孔道,易控制送粉量,适宜自动喷焊
操作。
2、2 显影组织
经X衍射仪结合金相显微镜分析与观察,
Ni60粉末颗粒剖面金相组织为灰色衬底Ni-Si
固溶体,弥散分布Ni3B相。Ni60喷焊层显微组
织的观察与分析得出:喷焊层基体为白色
块状的含硅镍铬固熔体相;硬质相为黑色细小点状(Cr,Fe)23C6、灰色块状Ni3B和细小白色块状CrB组成。12496喷焊层的组织结构与Ni60相似,因其铁含量低,在白色块状大小和数量上有些差异。
2、3 物理性能
Ni60粉末的密度、熔点、松装密度、振实密度、流动性以及氧含量与12496牌号的对比表明,两者数据相近。
牌号密度
g/cm3熔
点℃
松装密度
g/cm3
振实密度
g/cm3
流动性
s/50g
氧含量% 备注
Ni60 7.5284 1027 4.19 4.51 16.19 0.06~0.12 20炉平均值12496 7.7939 1050 4.34 4.64 14.60 0.028~0.08 进口样品测试
图1:扫描电镜图
粉末中的氧含量是检验粉末质量的重要指标之一。氧含量高的粉末,喷焊层渣量多、表面质量差,因此要求粉末具有较低的氧含量。一般来说,合金液中的[O ]含量是很低
的,经分析其含量为0.0007%—0.0020%,
因此可以认为粉末中的氧含量主要是合金液
在雾化时二次氧化的结果。如果合金液中含有
与氧亲和力强的元素,那么氧含量会更高,而铝就是这种元素,它的吸氧能力超过了B 和Si 元素。图2 表明粉末中的氧含量与残余铝量的关系。
2、4 粒度分布
采用GBl430—79规定的铁粉粒度组成测
试方法,对Ni 60粉、10009和12496粉进行筛分测试,比较见图3。由图可见研制的合金粉末的粒度分布与进口12496粉末相当。
2、5 粉末的热膨胀系数
测得的Ni60热膨肤系数与12496合金接近(见图4),两种合金的热膨胀系数都较低,并随温度升高,热膨胀系数均增大。由此可见,工件在喷焊之前预热是必要和重要的,通过预
热处理可使喷焊层合金与工件的热膨胀系数
接近,以避免喷焊层开裂、剥落。
2、6 热导率
合金的热导率亦是制订粉末喷焊工艺的依据之一。采用T2型激光脉冲热导仪测定合金
热导率。测得的Ni60热导率与12496合金接近
(见图5),且两种合金的热导率都较低,并随温
度升高,热导率均增大。由此可见,工件在喷焊
后的冷却方式很重要,保温目的是减小喷焊层和
工件之间的降温速度,减小温度梯度队使喷焊层
不开裂裂、剥落。
2、7 喷焊层的硬度
2、7、1常温硬度 喷焊层硬度采用HR -150AT 型光学洛氏硬度计测定:由20炉Ni60试样测试数据统计得出, Ni60上限成分焊层硬度HRc62、中限成分焊层硬度HRc59,下限成分焊层硬度HRc55,相同条件下测得12496试样焊层硬度HRc58,可见两者硬度没有差别。
2、7、2 喷焊层高温硬度 高温硬度采用(日)VH —5B 真空高温维
氏硬度计测定,Ni60和12496喷焊层的高温硬度示于图6。由图6可见:2种合金粉末
喷焊层的高温硬度处于同一水平。
2、8 喷焊层的耐磨性 2、8、1 金属间磨损 金属间磨损采用斯可达快速磨损试验机测定。测定时,载荷分别为5kg 、10kg 、
15kg 、20kg ,转速750r /min 。用0.25磷酸
三钠冷却,3000转后测量磨损体积。试样尺
寸ф22 X 22 mm X l0 mm 、焊层厚度大于1 mm 。
对比材料为12496、淬火硬度为HRc60左右的GCrl5和45号钢。测试结果示于图7。由图7可见,12496和Ni 的焊层的耐磨性基本
相同,均比GCrl5和45号钢高4倍以上。
2、8、2 磨粒磨损
磨粒磨损采用Fargo 橡胶轮磨粒磨损试
验机,对比材料为:钴铬钨合金、高铬铸铁、35CrMoAl 和16Mn 钢,测试结果表明:Ni60合金磨失量是各对比材料的1/3~1/48,显示了其优异的抗磨粒磨损性能。
2、9 喷焊层的抗高温氧化性
参照GB64-46标准进行抗高温氧化性试验,试样尺寸:φ8mm X 3 mm,表面光洁度1.6μm 。试验温度650℃、750℃、850℃。氧化时间200h 。每小时称量一次,每一规范取两只试样的平均值。测试结果示于图8;由图8可见,Ni60和12496焊层都具有优良的抗氧化性,
两者差别木大。在高温条件予12496的喷焊层抗氧化能力稍优。
三、应用
由于Ni60合金粉末具有良好的耐磨、耐蚀、抗高温氧化和高的硬度,必将在工业的各部门得到广泛的应用,下列是已应用Ni60合金粉末取得一些效果:
(1)高炉风口直吹管座、喷嘴受1050~1100℃高温磨蚀,采用Ni60喷焊预保护,比原先提高寿命4倍以上。