一种激光制造应用于精轧侧导板的高耐磨钴基合金材料的制作方法

1.本发明属于国际专利分类表中的c23c24/10(2006.01)i技术领域，具体涉及一种激光制造应用于精轧侧导板的高耐磨钴基合金材料。

背景技术：

2.钴基合金是与人类生活有着密切联系的金属之一，也是一种广泛应用于全球各行业的基础材料。钴基熔覆粉末最大的优势就是在于其覆层具有明显较高的耐磨性和耐腐蚀性能，是一种相对高级的修复手段，并且钴基合金具有优良的红硬性表征，十分适用于高温工况下服役（≥800℃）。本发明涉及到的精轧导板，精轧侧导板的主要功能是对中导向，通过侧导板的位置控制，让带钢在高速轧制过程中精确对中，不致跑偏或者上翘，提高轧制稳定性。此外，侧导板是精轧操作调整带钢跑偏的重要参考，因此侧导板的稳定、精确控制有着非常重要的意义。然而，再该精轧导板产品使用工况中，常规概念的钴基合金的耐磨性能远远不够，恶劣的工况条件对该产品的材料性能综合的耐磨性能有着更高的要求，不仅要求红硬性，还要求具有较高的耐磨性能，而添加入化合物颗粒强化材料目前十分有意义的研究方向——即如何在保障钴基合金红硬性同时又提供钴基合金的耐磨性能，这是目前十分有实际应用意义的问题。
3.将激光技术应用到表面改性上是科技发展特别是激光技术发展以及材料理论研究更加深入所开辟的新的科研领域。与传统能量相比，激光具有更会集的能量和更加精确地控制性。激光熔覆技术可以在材料表面形成很薄的，低稀释率的熔覆层，适用于大面积和局部的表面改性。
4.稀土在材料加工领域取得了广泛的应用，其中表面改性就是一个重要的领域。已有的应用成果表明，适量的稀土加入量能够在材料表面改性中发挥更好的作用。稀土加入到激光熔覆材料也取得了良好的作用。但是由于稀土在合金中应用有一个很大的特点，就是稀土的加入量存在一个临界的最佳值，一旦超过这个值，稀土产生的作用就会大打折扣，因此，有必要研究稀土在激光熔覆中的作用，以扩大稀土在材料表面改性的应用范围。将稀土化合物la2o3粒子作为润滑添加剂使用，在抗磨减摩方面同样具有优异的性能，目前已有的研究发现：稀土la2o3加入镍基涂层中可增强基体的硬度和耐磨性；稀土la2o3可提高复合涂层的高温摩擦学性能。tib2复合涂层因其熔点高、耐磨损、硬度高、抗氧化等诸多特点，从而被广泛应用于机械零件生产和表面修复领域中。由于目前针对精轧导板使用的含la2o3/tib2协同增强精轧侧导板的高耐磨钴基合金材料的激光熔覆领域上并没有相应的材料，并且两者同时添加难度较大，所以经过专门的研发讨论开发，研制出一种应用于高温磨损条件下的含la2o3/tib2协同增强钴基耐磨材料是亟待解决的问题。

技术实现要素：

5.鉴于现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种激光制造应用于精轧侧导板的高耐磨钴基合金材料。保障钴基合金自身良好红硬性能的同时又向钴基合金材料中添
加稀土化合物la2o3以及tib2协同增强基体材料，进而获得具有耐磨性能提升的，特别是具有高温耐磨性能的用于激光制造复合精轧侧导板的高耐磨钴基合金材料。
6.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
7.一种激光制造应用于精轧侧导板的高耐磨钴基合金材料，该合金粉末材料包括如下质量百分比组份：la：0.3~2%，o：0.05~2%，cr：5~13%，fe：2~9%，ni：2~6%，ti：0.5~4%，b：2~5%，co：余量。
8.进一步地，所述合金粉末粒度为-100-+325目。
9.所述的合金粉末材料是通过真空熔炼、真空气雾化、筛选等工序制备的。
10.一种应用于高温磨损条件下的含la2o3/tib2协同增强精轧侧导板的钴基耐磨材料的方法，适用于光纤激光器，该粉末材料是在钴基耐磨材料基础上先添加la2o3充分混合1小时后再添加入tib2协同继续混合2小时，取出120℃烘干，进一步在应用所述粉末材料的熔覆工艺参数是：功率：1280~2280w，光斑直径：2.5~5.5mm，扫描速度：45~85mm/s，置粉厚度：1.5~2.5mm。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果如下。
12.本发明通过激光方式向具有高温红硬性性能的钴基合金基体组织中复合添加稀土化合物la2o3以及金属化合物增强相tib2协同增强粉末以期提高材料的耐磨性能，从而实现了合金在具有较高的红硬性的同时，具有良好的耐磨性能，并且通过激光熔覆技术使其与底部钢基材形成致密的冶金结合层，满足激光熔覆新型合金材料在精轧侧导板的高温摩擦磨损情况下的使用要求。此前未曾有人进行过这种稀土化合物和金属化合物协同增强的创新设计，这是因为两者与金属基体的润湿度较差，添加进去特别是在激光熔覆这种快速非平衡凝固条件下很容易出现开裂。
13.由于特定的稀土元素以及金属化合物的加入强化了钴基合金基体强度，在钴基合金基体中形成了稀土元素能够溶入到固溶体中，起到了固溶强化作用。激光熔覆过程是非平衡过程，有可能得到稀土元素的过饱和固溶体。由于稀土元素的原子半径很大，形成固溶体时会产生较强的晶格畸变，产生显著的固溶强化。这种情况下的合金整体性能体现在工艺稳定并且成分均匀，提高了产品的使用寿命，进而有力地保障了产品的整体使用性能。
具体实施方式
14.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
15.一种激光制造应用于精轧侧导板的高耐磨钴基合金材料，该合金粉末材料包括如下质量百分比组份：la：0.3~2%，o：0.05~2%，cr：5~13%，fe：2~9%，ni：2~6%，ti：0.5~4%，b：2~5%，co：余量。
16.进一步地，所述合金粉末粒度为-100-+325目。
17.进一步地，所述的合金粉末材料是通过真空熔炼、真空气雾化、筛选等工序制备的。
18.一种应用于高温磨损条件下的含la2o3/tib2协同增强精轧侧导板的钴基耐磨材料的方法，适用于光纤激光器，该粉末材料是在钴基耐磨材料基础上先添加la2o3充分混合1小
时后再添加入tib2协同继续混合2小时，取出120℃烘干，进一步在应用所述粉末材料的熔覆工艺参数是：功率：1280~2280w，光斑直径：2.5~5.5mm，扫描速度：45~85mm/s，置粉厚度：1.5~2.5mm。
19.本发明在金属基体中添加稀土化合物以及金属化合物两种增强颗粒来协同增强金属基体，由于稀土化合物la2o3具有润滑作用，在抗磨减磨方面具有优异性能，并且由于该稀土化合物的熔点高，其在高温段服役性能具有保障，特别是在添加稀土化合物la2o3基础上再添加金属化合物tib2元素并且保障激光熔覆层的性能——其难度会更大，这是因为稀土化合物la2o3颗粒和tib2短杆状在激光熔池对流搅拌过程中排序是不均匀的，在快速非平衡凝固过程中，很容易出现裂纹，究其原因与组元成分间的膨胀系数关系密切，设计通过激光工艺进行工艺测试可以得到着探伤无裂纹的组织状态，更重要的是，由于稀土元素的添加量本身存在一个添加临界阈值，一旦超过该稀土元素添加的最大添加值，稀土元素的积极作用会大打折扣，所以在成分比例上都需要充分考虑到两者协同作用，并通过万能摩擦磨损试验机进行磨损性能验证。本发明不仅是在钴基合金中成功加入稀土化合物la2o3和tib2，并且通过万能摩擦磨损试验机设备设计试验确定出了稀土化合物la2o3/tib2协同作用的最佳区间范围。
20.具体试验条件如下：（1）试验设备：万能摩擦磨损试验机；（2）la2o3/tib2组分占比比例：1（对比组）、1~2、2~3、3~4；（3）对磨材料：氮化硅陶瓷；（4）摩擦条件：干摩擦；（5）试验温度：200℃；（6）摩擦加载力：180kn；（7）转数：400r/min；（8）试验时间：30min。
21.通过以上条件得到的试验结果如下所示：表1 万能摩擦磨损试验测试不同协同比例组合耐磨数据对比表。
22.*注：耐磨性数值显示越高，证明材料耐磨性能越高。
23.如上所述，在该比例区间范围——la2o3/tib2添加最佳比例为2%~3%内耐磨性能同比其他两组相邻组合比例的耐磨性能有明显提高。本发明采用该激光熔覆的方法制造精轧导板，大幅度提高其使用寿命。该含la2o3/tib2高耐磨钴基合金涂层是通过激光复合工艺方式向钴基材料基体中复合添加合适的la2o3/tib2合金粉末材料，在保障精轧侧导板的红硬性的同时提高钴基合金的耐磨性能，并提高了熔覆层的硬度。
24.实施例1。
25.曹妃甸某钢厂的生产线的高温段精轧导板在使用中，由于越来越高的生产作业率
的要求，目前技术已经不能适应更高设备在线时间以及安全可靠稳定运行的使用要求。
26.使用本发明应用方法进行激光熔覆制造后，其中激光熔覆参数为：功率：1500w，光斑直径：3.5mm，扫描速度：57mm/s，置粉厚度：1.5mm。使用粒度是260目的本发明给出的用于激光制造钴基复合精轧导板的含ceo2高耐磨钴基合金进行熔覆，其组分（质量百分数）为：la：1.2%，o：0.2%，cr：6.6%，fe：3%，ni：4.5%，ti：3%，b：2%，co：余量。
27.上机在实际工况下服役，使用寿命大大增加，原使用周期下观察发现几乎无磨损沟槽出现，并由于激光熔覆层组织均匀，设备稳定安全运行，使用的生产率提高了2.5倍。证明该材料的性能设计完全符合设计指标。
28.实施例2。
29.河北某钢厂的一生产线的高温段精轧导板在使用中，由于原始使用的精轧导板经常出现磨损严重导致刮伤带钢边部问题，严重影响生产作业率，难以满足越来越高的生产率的要求，沟通后明确提出需解决该困难。
30.使用本发明应用方法进行激光熔覆制造后，其中激光熔覆参数为：功率：1325w，光斑直径：3.8mm，扫描速度：53mm/s，置粉厚度：1.6mm。使用粒度是280目的本发明给出的用于激光制造钴基复合精轧导板的含ceo2高耐磨钴基合金进行熔覆，其组分（质量百分数）为：la：1.4%，o：0.3%，cr：5.6%，fe：3%，ni：2.5%，ti：2%，b：2.5%，co：余量。
31.上机在实际工况下服役，在上机过程中始终保持稳定安全运行，没有出现影响生产的故障，使用的生产率提高了近2倍。证明了该材料的性能设计完全符合设计指标。

技术特征：

1.一种激光制造应用于精轧侧导板的高耐磨钴基合金材料，其特征在于，该合金粉末材料包括如下质量百分比组份：la：0.3~2%，o：0.05~2%，cr：5~13%，fe：2~9%，ni：2~6%，ti：0.5~4%，b：2~5%，co：余量。2.如权利要求1所述的一种激光制造应用于精轧侧导板的高耐磨钴基合金材料，其特征在于，所述合金粉末粒度为-100-+325目。3.如权利要求1所述的一种激光制造应用于精轧侧导板的高耐磨钴基合金材料，其特征在于，所述的合金粉末材料是通过真空熔炼、真空气雾化、筛选等工序制备的。4.一种激光制造应用于精轧侧导板的高耐磨钴基合金材料的方法，其特征在于，适用于光纤激光器，该粉末材料是在钴基耐磨材料基础上先添加la2o3充分混合1小时后再添加入tib2协同继续混合2小时，取出120℃烘干。5.如权利要求4所述的一种激光制造应用于精轧侧导板的高耐磨钴基合金材料的方法，其特征在于，所述粉末材料的熔覆工艺参数是：功率：1280~2280w，光斑直径：2.5~5.5mm，扫描速度：45~85mm/s，置粉厚度：1.5~2.5mm。

技术总结

本发明属于国际专利分类表中的C23C24/10(2006.01)I技术领域，具体涉及一种激光制造应用于精轧侧导板的高耐磨钴基合金材料。该合金粉末材料包括如下质量百分比组份：La：0.3~2%，O：0.05~2%，Cr：5~13%，Fe：2~9%，Ni：2~6%，Ti：0.5~4%，B：2~5%，Co：余量。本发明保障钴基合金自身良好红硬性能的同时又向钴基合金材料中添加稀土化合物La2O3以及TiB2协同增强基体材料，进而获得具有耐磨性能提升的，特别是具有高温耐磨性能的用于激光制造复合精轧侧导板的高耐磨钴基合金材料。耐磨钴基合金材料。