本發明專利技術公開了基于鐵基石墨烯復合焊料的壓輥輥面明弧堆焊方法，包括如下步驟：a)碳弧氣刨；b)打底堆焊；c)硬面層堆焊；d)花紋層堆焊在上述硬面層上堆焊鐵基石墨烯復合焊料，并形成一定的花紋圖案，直到壓輥尺寸達到要求為止；所述壓輥輥面生成少層石墨烯增強鐵基復合焊層，該焊層表面包含有均勻分布的少層石墨烯細化晶粒；其中，所述鐵基石墨烯堆焊復合焊料由管狀包皮材料和充填其中的填料粉末組成；所述管狀包皮材料為低碳鋼或低合金鋼，所述填料粉末為Fe基石墨烯粉末、陶瓷顆粒、B、Cr、Ni、難熔金屬、納米級Al2O3粉末的混合物。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于輥壓機堆焊
，具體涉及一種基于鐵基石墨烯復合焊料的壓輥輥面明弧堆焊方法。
技術介紹
石墨烯是一種具有獨特物理化學特性的新材料。該材料是目前世界上最薄最堅硬的材料之一。同時擁有優異的電學性能(禁帶寬度約等于0，載流子遷移率達到2×105cm2·V－1·s－1)、卓越的力學性能(楊氏模量為1100GPa，斷裂強度為125GPa)以及良好的熱學性能(熱導率約為5000W·m－1·K－1，熱膨脹系數極低)。自發現以來，石墨烯已經被廣泛用來制備各種各樣的新材料，特別是功能復合材料。石墨烯增強結構復合材料的研究起步晚，目前主要集中在制備石墨烯增強Al基，Ni基，Cu基復合材料。在塊狀石墨烯增強金屬基復合材料里，石墨烯分布在晶界上，細化晶粒，提高材料的屈服強度和硬度的作用。這些材料的制備過程繁瑣復雜，制造成本居高不下，難以實現規模化量產，它們也都局限于特殊要求的應用領域。由于石墨烯所具有的特性，適合于在各種需要耐磨層實現防磨目的應用領域。特別是有滑動摩擦磨損或滾動摩擦磨損的接觸面的改性應用。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種基于鐵基石墨烯復合焊料的壓輥輥面明弧堆焊方法，該方法能夠在壓輥輥面沉積出少層石墨烯增強焊層，從而大大提高了壓輥輥面的表面硬度和耐磨性能。本專利技術采用如下方案解決上述技術問題：基于鐵基石墨烯復合焊料的壓輥輥面明弧堆焊方法，包括如下步驟：a)碳弧氣刨用氣刨的石墨棒或碳棒電極與壓輥輥面上殘留的硬面層間產生的電弧將硬面層金屬熔化，并用壓縮氣體吹掉，以清潔壓輥輥面及刨出溝槽；b)打底堆焊在壓輥輥面溝槽中堆焊多層打底焊料，實現與壓輥輥面的良好結合；c)硬面層堆焊在上述打底層上堆焊硬面層焊料；d)花紋層堆焊在上述硬面層上堆焊鐵基石墨烯復合焊料，并形成一定的花紋圖案，直到壓輥尺寸達到要求為止；所述壓輥輥面生成少層石墨烯增強鐵基復合焊層，該焊層表面包含有均勻分布的少層石墨烯細化晶粒；其中，所述鐵基石墨烯堆焊復合焊料由管狀包皮材料和充填其中的填料粉末組成；所述管狀包皮材料為低碳鋼或低合金鋼，所述填料粉末為Fe基石墨烯粉末、陶瓷顆粒、B、Cr、Ni、難熔金屬、納米級Al2O3粉末的混合物，其各成分的重量比為Fe基石墨烯粉末：陶瓷顆粒：B：Cr：Ni：難熔金屬：納米級Al2O3粉末＝40-81：1-10：0.1-2.5：2-20：1-4：1-5：5-20，其中，所述Fe基石墨烯粉末中Fe與C的質量比為40-80：0.1-1；所述打底堆焊、硬面層堆焊、花紋層堆焊工序均使用明弧焊機進行操作施工。優化的，所述陶瓷顆粒包含SiC、B4C、BN、SiO2、TiC、Al2O3成分。優化的，所述難熔金屬為V、Nb、Ta、Mo、W中的至少一種。優化的，堆焊工作電壓為20-40V，工作電流為300-600A，所述電極到壓輥輥面的距離為3-30cm。其中，所述鐵基石墨烯堆焊復合焊料由如下步驟制備而成：a)選取粒徑為100-200nm的石墨粉與粒徑為53um-96um的鐵粉，按照重量比1：8-20的比例分別稱重；b)將上述石墨粉及鐵粉放入干燥箱中干燥，在100-150℃保溫0.5-2.0小時；c)將在步驟b中干燥的石墨粉及鐵粉快速轉入機械混合容器中，啟動機械混合容器繞軸旋轉，使所述石墨粉及鐵粉相互碰撞結合，所述機械混合容器的轉動速度為10–120rpm，混合時間為2-12小時；d)混合完成后，將上述混合物用270目的格篩進行篩分，保留未經過270目篩孔的粉末，即為所述的鐵基石墨烯粉末；e)將步驟d中得到的鐵基石墨烯粉末與所述陶瓷顆粒、B、Cr、Ni、難熔金屬、納米級Al2O3粉末按上述比例混合，烘干，再放入機械混合容器混合均勻，得到填料粉末，再將填料粉末填充至所述管狀包皮材料中，即得到所述的鐵基石墨烯堆焊復合焊料；其中，所述機械混合容器包括圓筒形不銹鋼容器罐、水平固定軸以及驅動水平固定軸旋轉的驅動裝置；所述容器罐兩端設置有用于粉末填入和取出的活門，所述容器罐固定在水平固定軸上，且軸芯與水平固定軸成15°-45°夾角，所述容器罐以水平固定軸為軸心進行旋轉；所述容器罐的直徑與高度比為1∶1-3。本專利技術的優點在于：本專利技術采用一種鐵基石墨烯復合焊料，通過明弧堆焊方法，在壓輥輥面生成少層石墨烯增強鐵基復合焊層，從而提高了壓輥的表面硬度和耐磨性能；本專利技術的焊料制備工藝簡便，成本低廉，適合大規模生產制造，有利于石墨烯材料的廣泛應用。附圖說明圖1為本專利技術實施例中鐵基石墨烯復合焊料的工藝流程圖；圖2為本專利技術實施例中攪拌器攪拌過程示意圖。具體實施方式實施例1基于鐵基石墨烯復合焊料的壓輥輥面明弧堆焊方法，包括如下步驟：a)碳弧氣刨用氣刨的石墨棒或碳棒電極與壓輥輥面上殘留的硬面層間產生的電弧將硬面層金屬熔化，并用壓縮氣體吹掉，以清潔壓輥輥面及刨出溝槽；b)打底堆焊在壓輥輥面溝槽中堆焊多層打底焊料，實現與壓輥輥面的良好結合；c)硬面層堆焊在上述打底層上堆焊硬面層焊料；d)花紋層堆焊在上述硬面層上堆焊鐵基石墨烯復合焊料，并形成一定的花紋圖案，直到壓輥尺寸達到要求為止；所述壓輥輥面生成少層石墨烯增強鐵基復合焊層，該焊層表面包含有均勻分布的少層石墨烯細化晶粒；其中，所述鐵基石墨烯堆焊復合焊料由管狀包皮材料和充填其中的填料粉末組成；所述管狀包皮材料為低碳鋼或低合金鋼，所述填料粉末為Fe基石墨烯粉末、陶瓷顆粒、B、Cr、Ni、Ta、納米級Al2O3粉末的混合物，其各成分的重量比為Fe基石墨烯粉末：陶瓷顆粒：B：Cr：Ni：Ta：納米級Al2O3粉末＝65：7：0.5：10：1：2：14.5，其中，所述Fe基石墨烯粉末中Fe與C的質量比為64.5：0.5。所述打底堆焊、硬面層堆焊、花紋層堆焊工序均使用明弧焊機進行操作施工。所述陶瓷顆粒包含SiC、B4C、BN、SiO2、TiC、Al2O3成分。堆焊工作電壓為20-40V，工作電流為300-600A，所述電極到壓輥輥面的距離為3-30cm。其中，所述鐵基石墨烯堆焊復合焊料由如下步驟制備而成：a)選取粒徑為100-200nm的石墨粉與粒徑為53um(270目)-96um(160目)的鐵粉，按照重量比1：10的比例分別稱重；b)將上述石墨粉及鐵粉放入干燥箱中干燥，120℃保溫1.0小時；c)將在步驟b中干燥的石墨粉及鐵粉快速轉入機械混合容器中，啟動機械混合容器繞軸旋轉，使所述石墨粉及鐵粉相互碰撞結合，所述機械混合容器的轉動速度為100rpm，混合時間為5小時；d)混合完成后，將上述混合物用270目的格篩進行篩分，保留未經過270目篩孔的粉末，即為所述的鐵基石墨烯粉末；e)將步驟d中得到的鐵基石墨烯粉末與所述陶瓷顆粒、B、Cr、Ni、Ta、納米級Al2O3粉末按上述比例混合，烘干，再放入機械混合容器混合均勻，得到填料粉末，再將填料粉末填充至所述管狀包皮材料中，即得到所述的鐵基石墨烯熱噴涂復合焊絲；其中，所述機械混合容器包括圓筒形不銹鋼容器罐、水平固定軸以及驅動水平固定軸旋轉的驅動裝置；所述容器罐兩端設置有用于粉末填入和取出的活門，所述容器罐固定在水平固定軸上，且軸芯與水平固定軸成30°夾角，所述容器罐以水平固定軸為軸心進行旋轉(如圖2所示)；所述容器罐的直徑與高度比為1∶2。本專利技術采用一種鐵基石墨烯復合焊本文檔來自技高網...
【技術保護點】
基于鐵基石墨烯復合焊料的壓輥輥面明弧堆焊方法，其特征在于，包括如下步驟：a)碳弧氣刨用氣刨的石墨棒或碳棒電極與壓輥輥面上殘留的硬面層間產生的電弧將硬面層金屬熔化，并用壓縮氣體吹掉，以清潔壓輥輥面及刨出溝槽；b)打底堆焊在壓輥輥面溝槽中堆焊多層打底焊料，實現與壓輥輥面的良好結合；c)硬面層堆焊在上述打底層上堆焊硬面層焊料；d)花紋層堆焊在上述硬面層上堆焊鐵基石墨烯復合焊料，并形成一定的花紋圖案，直到壓輥尺寸達到要求為止；所述壓輥輥面生成少層石墨烯增強鐵基復合焊層，該焊層表面包含有均勻分布的少層石墨烯細化晶粒；其中，所述鐵基石墨烯堆焊復合焊料由管狀包皮材料和充填其中的填料粉末組成；所述管狀包皮材料為低碳鋼或低合金鋼，所述填料粉末為Fe基石墨烯粉末、陶瓷顆粒、B、Cr、Ni、難熔金屬、納米級Al2O3粉末的混合物，其各成分的重量比為Fe基石墨烯粉末：陶瓷顆粒：B：Cr：Ni：難熔金屬：納米級Al2O3粉末＝40?81：1?10：0.1?2.5：2?20：1?4：1?5：5?20，其中，所述Fe基石墨烯粉末中Fe與C的質量比為40?80：0.1?1；所述打底堆焊、硬面層堆焊、花紋層堆焊工序均使用明弧焊機進行操作施工。...
【技術特征摘要】
1.基于鐵基石墨烯復合焊料的壓輥輥面明弧堆焊方法，其特征在于，包括如下步驟：a)碳弧氣刨用氣刨的石墨棒或碳棒電極與壓輥輥面上殘留的硬面層間產生的電弧將硬面層金屬熔化，并用壓縮氣體吹掉，以清潔壓輥輥面及刨出溝槽；b)打底堆焊在壓輥輥面溝槽中堆焊多層打底焊料，實現與壓輥輥面的良好結合；c)硬面層堆焊在上述打底層上堆焊硬面層焊料；d)花紋層堆焊在上述硬面層上堆焊鐵基石墨烯復合焊料，并形成一定的花紋圖案，直到壓輥尺寸達到要求為止；所述壓輥輥面生成少層石墨烯增強鐵基復合焊層，該焊層表面包含有均勻分布的少層石墨烯細化晶粒；其中，所述鐵基石墨烯堆焊復合焊料由管狀包皮材料和充填其中的填料粉末組成；所述管狀包皮材料為低碳鋼或低合金鋼，所述填料粉末為Fe基石墨烯粉末、陶瓷顆粒、B、Cr、Ni、難熔金屬、納米級Al2O3粉末的混合物，其各成分的重量比為Fe基石墨烯粉末：陶瓷顆粒：B：Cr：Ni：難熔金屬：納米級Al2O3粉末＝40-81：1-10：0.1-2.5：2-20：1-4：1-5：5-20，其中，所述Fe基石墨烯粉末中Fe與C的質量比為40-80：0.1-1；所述打底堆焊、硬面層堆焊、花紋層堆焊工序均使用明弧焊機進行操作施工。2.如權利要求1所述的基于鐵基石墨烯復合焊料的壓輥輥面明弧堆焊方法，其特征在于，所述陶瓷顆粒包含SiC、B4C、BN、SiO2、TiC、Al2O3成分。3.如權利要求1所述的基于鐵基石墨烯復合焊料的壓輥輥面明弧堆焊方法，其特征在于，所述難熔金屬為V、Nb、Ta、Mo、W中的至少一種...
【專利技術屬性】
技術研發人員：周繼扣，方國華，儲朗林，汪錦陽，
申請(專利權)人：安徽克里斯特新材料有限公司，
類型：發明
國別省市：安徽;34
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