矿用耐磨堆焊药芯焊丝及其制备方法与流程

本发明涉及焊接新材料，尤其是矿用耐磨堆焊药芯焊丝及其制备方法。

背景技术：

1、堆焊药芯焊丝是将合金粉末包裹于金属钢带内部，经过成型、填粉、轧制、拉拔等工序制备得到的焊接耗材。矿用堆焊药芯焊丝的关键性能指标包含：药芯成分配比、钢带基材；堆焊层力学性能如硬度、耐磨性、冲击韧性、抗开裂性能；焊接工艺性能如熔敷效率、电弧稳定性、脱渣性；以及堆焊层耐蚀、抗高温氧化、抗磨粒磨损、抗冲击疲劳等化学与环境适应性能。不同药芯配方与钢带基材组合，熔敷后堆焊层综合性能差异显著。

2、现市面上的矿用耐磨堆焊药芯焊丝在应用时存在以下问题：传统的矿用耐磨堆焊药芯焊丝在使用时，通常矿山设备中的刮板、截齿、溜槽、破碎机衬板等零部件长期承受砂石冲击、磨粒磨损工况，部件磨损失效频繁，堆焊修复是提升零部件服役寿命的重要手段，由于现有矿用耐磨堆焊药芯焊丝普遍存在配方组分单一的问题，难以同时实现高耐磨性与良好抗冲击韧性，堆焊层容易产生裂纹、局部剥落，修复使用寿命受限。

技术实现思路

1、本发明针对背景技术中的不足，提供了矿用耐磨堆焊药芯焊丝及其制备方法。

2、本发明为解决上述现象，采用以下技术方案，矿用耐磨堆焊药芯焊丝，包括金属钢带外皮与药芯粉末，所述药芯粉末填充于金属钢带外皮内部，所述药芯粉末包括高碳铬铁、碳化钨、金属锰、金属钼、镍粉以及钒铁，所述高碳铬铁药芯粉末占总质量设置为5-15%，所述碳化钨药芯粉末占总质量设置为2-8%，所述金属锰药芯粉末占总质量设置为25-42%，所述金属钼药芯粉末占总质量设置为5-10%，所述镍粉药芯粉末占总质量设置为10-25%；

3、所述药芯粉末还包含硬质相颗粒与韧性合金粉末，所述硬质相颗粒和韧性合金粉末的质量混合比例为1:1。

4、作为本发明的进一步优选方式，所述高碳铬铁药芯粉末占总质量设置为7%，所述碳化钨药芯粉末占总质量设置为8%，所述金属锰药芯粉末占总质量设置为20%，所述金属钼药芯粉末占总质量设置为10%，所述镍粉药芯粉末占总质量设置为10%，所述余量为钒铁、硬质相颗粒、韧性合金粉末；

5、所述药芯粉末还包含硬质相颗粒与韧性合金粉末，所述硬质相颗粒和韧性合金粉末的质量混合比例为1:1。

6、作为本发明的进一步优选方式，所述高碳铬铁药芯粉末占总质量设置为10%，所述碳化钨药芯粉末占总质量设置为6%，所述金属锰药芯粉末占总质量设置为40%，所述金属钼药芯粉末占总质量设置为10%，所述镍粉药芯粉末占总质量设置为10%，所述余量为钒铁、硬质相颗粒、韧性合金粉末；

7、所述药芯粉末还包含硬质相颗粒与韧性合金粉末，所述硬质相颗粒和韧性合金粉末的质量混合比例为1:1。

8、制作方法包括如下：

9、s1、预处理：对制丝所用原料进行预处理净化，控制药芯粉末颗粒粒径1.5-3μm，并对金属钢带做表面改性处理；

10、s2、填粉轧制成型：将混合均匀的药芯粉末填入u型成型金属钢带内部，闭合钢带轧制得到焊丝坯料；将焊丝坯料置于改性混合溶液中浸泡；

11、s3、清洗烘干：将浸泡后的焊丝坯料采用弱碱溶液清洗，随后进行分级烘干，烘干后自然晾晒2-4h，最后经紫外线除杂消毒，得到成品矿用耐磨堆焊药芯焊丝。

12、作为本发明的进一步优选方式，步骤s1中，将金属钢带置于去离子水中分散，超声振荡12h，超声处理完成后，向体系中加入乙烯基三乙氧基硅烷溶液，持续充分搅拌，使硅烷溶液均匀包覆钢带表面，保障改性组分分布均匀，搅拌混匀后将整体装置密封处理，全程通入高纯氩气进行惰性气体保护，彻底隔绝空气当中的氧气、水汽，避免钢带在高温改性过程中发生二次氧化、锈蚀，保障改性反应稳定进行。在常压常规工况条件下，将体系温度匀速升温至120-160℃，恒温保温1-1.5h，确保乙烯基三乙氧基硅烷与金属钢带表面活性基团充分发生交联反应，在钢带表面形成一层均匀、致密、附着力强的有机改性薄膜，保温反应结束后，停止加热并保持密封氩气保护状态，自然冷却至室温，最终完成金属钢带的表面改性处理，有效提升钢带与后续药芯粉体、改性溶液的结合力，杜绝焊丝成型后出现脱层、开裂等缺陷。

13、作为本发明的进一步优选方式，步骤s2中，所述改性混合溶液为苯乙烯-马来酸酐改性环氧大豆油丙烯酸酯混合液，室温下质量浓度3-4%，钢带浸泡改性过程中全程伴随匀速搅拌，搅拌转速精准控制在75-120r/min，稳定的搅拌速度可保证改性溶液体系组分均匀，避免溶质沉降、浓度分层，同时让钢带各表面、边角位置均匀接触改性溶液，钢带整体浸泡时长设定为1-1.5h，充足的浸泡时间可让改性组分充分渗透至钢带微观孔隙及表面肌理中。

14、作为本发明的进一步优选方式，步骤s3中，弱碱清洗液由氢氧化钠、次卤酸钙、碳酸镁按照质量比1.4:1.5:0.8复配配制，其中氢氧化钠作为核心碱性去污组分，可高效分解钢带表面残留的油脂、有机杂质，次卤酸钙具备氧化去污、抑菌除杂的作用，可清除钢带表面微量顽固杂质及氧化残留，碳酸镁作为缓冲改性组分，可调节清洗液碱性强度，避免强碱过度腐蚀金属钢带基体，同时可在钢带表面形成微量防护层，防止清洗过程中钢带轻微氧化。

15、作为本发明的进一步优选方式，步骤s3中，先采用冷风烘干处理15min，常温冷风可缓慢带走钢带表面表层游离水分，实现温和预干燥，避免高温直烘导致的水分极速汽化、污渍固结在钢带表面的缺陷。预烘干完成后，切换为热风烘干处理12min，热风烘干的温度区间精准控制在65-85℃，烘干完成后自然冷却至室温。

16、本发明通过采用多种硬质合金粉末复配韧性合金粉末作为药芯，配合硅烷改性后的金属钢带外皮，充分发挥各合金组分协同优势，堆焊后熔敷金属晶粒尺寸不均一，具备良好的耐磨损、抗熔蚀性能，同时冲击韧性优良，抗裂纹扩展能力强；整套制备工艺流程简单可控，可用于矿山刮板、溜槽、破碎机衬板等零部件批量堆焊修复，具备良好的工业化推广价值。

1.矿用耐磨堆焊药芯焊丝，其特征在于，包括金属钢带外皮与药芯粉末，所述药芯粉末填充于金属钢带外皮内部，所述药芯粉末包括高碳铬铁、碳化钨、金属锰、金属钼、镍粉以及钒铁，所述高碳铬铁药芯粉末占总质量设置为5-15%，所述碳化钨药芯粉末占总质量设置为2-8%，所述金属锰药芯粉末占总质量设置为25-42%，所述金属钼药芯粉末占总质量设置为5-10%，所述镍粉药芯粉末占总质量设置为10-25%；

2.根据权利要求1所述的矿用耐磨堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述高碳铬铁药芯粉末占总质量设置为7%，所述碳化钨药芯粉末占总质量设置为8%，所述金属锰药芯粉末占总质量设置为20%，所述金属钼药芯粉末占总质量设置为10%，所述镍粉药芯粉末占总质量设置为10%，所述余量为钒铁、硬质相颗粒、韧性合金粉末；

3.根据权利要求1所述的矿用耐磨堆焊药芯焊丝，其特征在于，所述高碳铬铁药芯粉末占总质量设置为10%，所述碳化钨药芯粉末占总质量设置为6%，所述金属锰药芯粉末占总质量设置为40%，所述金属钼药芯粉末占总质量设置为10%，所述镍粉药芯粉末占总质量设置为10%，所述余量为钒铁、硬质相颗粒、韧性合金粉末；

4.根据权利要求1-3任一所述的矿用耐磨堆焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于，制作步骤包括如下：

5.根据权利要求4所述的矿用耐磨堆焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤s1中，将金属钢带置于去离子水中分散，超声振荡12h，超声处理完成后，向体系中加入乙烯基三乙氧基硅烷溶液，持续充分搅拌，使硅烷溶液均匀包覆钢带表面，保障改性组分分布均匀，搅拌混匀后将整体装置密封处理，全程通入高纯氩气进行惰性气体保护，彻底隔绝空气当中的氧气、水汽，避免钢带在高温改性过程中发生二次氧化、锈蚀，保障改性反应稳定进行，在常压常规工况条件下，将体系温度匀速升温至120-160℃，恒温保温1-1.5h，确保乙烯基三乙氧基硅烷与金属钢带表面活性基团充分发生交联反应，在钢带表面形成一层均匀、致密、附着力强的有机改性薄膜，保温反应结束后，停止加热并保持密封氩气保护状态，自然冷却至室温，最终完成金属钢带的表面改性处理，有效提升钢带与后续药芯粉体、改性溶液的结合力，杜绝焊丝成型后出现脱层、开裂等缺陷。

6.根据权利要求4所述的矿用耐磨堆焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述改性混合溶液为苯乙烯-马来酸酐改性环氧大豆油丙烯酸酯混合液，室温下质量浓度3-4%，钢带浸泡改性过程中全程伴随匀速搅拌，搅拌转速精准控制在75-120r/min，稳定的搅拌速度可保证改性溶液体系组分均匀，避免溶质沉降、浓度分层，同时让钢带各表面、边角位置均匀接触改性溶液，钢带整体浸泡时长设定为1-1.5h，充足的浸泡时间可让改性组分充分渗透至钢带微观孔隙及表面肌理中。

7.根据权利要求4所述的矿用耐磨堆焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤s3中，弱碱清洗液由氢氧化钠、次卤酸钙、碳酸镁按照质量比1.4:1.5:0.8复配配制，其中氢氧化钠作为核心碱性去污组分，可高效分解钢带表面残留的油脂、有机杂质，次卤酸钙具备氧化去污、抑菌除杂的作用，可清除钢带表面微量顽固杂质及氧化残留，碳酸镁作为缓冲改性组分，可调节清洗液碱性强度，避免强碱过度腐蚀金属钢带基体，同时可在钢带表面形成微量防护层，防止清洗过程中钢带轻微氧化。

8.根据权利要求4所述的矿用耐磨堆焊药芯焊丝的制备方法，其特征在于，步骤s3中，先采用冷风烘干处理15min，常温冷风可缓慢带走钢带表面表层游离水分，实现温和预干燥，避免高温直烘导致的水分极速汽化、污渍固结在钢带表面的缺陷，预烘干完成后，切换为热风烘干处理12min，热风烘干的温度区间精准控制在65-85℃，烘干完成后自然冷却至室温。