本發明涉及一種高溫抗氧化的巴氏合金絲材及其制備方法和應用，尤其涉及一種高溫抗氧化絲材成分和結構的設計及鍍層制備工藝，特別涉及電弧、激光和等離子噴涂所用的熔化絲材；屬于合金絲材。

背景技術：

1、巴氏合金（又稱白合金）是一種廣泛應用于軸承、軸瓦等部件的耐磨合金材料，但由于其質軟，強度低，工況條件承受摩擦和沖擊載荷，因此需要和碳鋼、鑄鐵等基體材料復合使用。為確保與基體結合緊密，無脫落或表面缺陷，近年來發展了電弧增材、激光增材及等離子噴涂技術進行材料復合和產品制造，但這些高能量熱源也使制備出的熔覆層出現比較嚴重的氧化問題，影響產品質量穩定性，需要對絲材進行優化。

2、巴氏合金的熔點較低，根據成分不同，其熔點范圍大致在180℃至300℃之間。采用噴涂、磁控濺射、電弧離子鍍等工藝在巴氏合金上制備nicr合金鍍層時，工藝過程中的熱量會傳導至巴氏合金基體而使其軟化，進而導致鍍層與巴氏合金的結合強度降低，在絲材焊接過程中發生剝落。

技術實現思路

1、針對現有巴氏合金絲材在高能束增材及噴涂過程中易氧化的問題，本發明旨在提供一種具有高溫抗氧化功能的巴氏合金絲材的制備方法。針對巴氏合金絲材表面鍍層工藝中存在的熱傳導導致基體軟化、鍍層致密度不足及結合強度降低的問題，采用電鍍工藝在巴氏合金絲材表面制備nicr合金鍍層。通過設計電鍍液成分和調整電鍍工藝參數，使nicr合金鍍層與巴氏合金絲材形成牢固結合。絲材在使用過程中，nicr合金鍍層一方面能有效穩定電弧，從而減少電弧擾動時卷入保護氣體中的氧氣，另一方面能有效抑制熔滴和熔池氧化，減少氧化物生成，從而提升熔覆層工藝質量。

2、本發明的另一目的在于克服現有技術的不足，提供一種高溫抗氧化的巴氏合金絲材。

3、本發明的另一目的在于克服現有技術的不足，提供一種高溫抗氧化的巴氏合金絲材的應用。

4、為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

5、以普通巴氏合金絲材為對象，使用電鍍工藝在其表面制備1-2微米厚的nicr合金鍍層，鍍層成分按質量百分比為ni?88-92%、cr?8-12%。在電弧熔絲增材、激光熔絲增材及等離子熔絲噴涂工藝過程中，鍍層隨巴氏合金絲材一起熔化。

6、一種高溫抗氧化的巴氏合金絲材，巴氏合金絲材的表面含有1-2微米厚的nicr合金鍍層，鍍層成分為：ni?88-92wt%，cr?8-12wt%。

7、一種高溫抗氧化的巴氏合金絲材的制備方法，包括以下步驟：

8、通過電鍍工藝在巴氏合金絲材上制備nicr合金鍍層。電鍍前對絲材表面進行除油和活化的前處理：先用成分為25-30g/l氫氧化鈉和20-25g/l磷酸三鈉的混合堿性除油劑在40-50℃溫度下清洗10-15min以去除絲材表面的油漬；再用10wt%檸檬酸溶液在30-40℃下活化處理3-5min。將前處理完成后的巴氏合金絲材放入電鍍液中電鍍制備nicr合金層，電鍍液成分為：六水合三氯化鉻?100-115g/l，六水硫酸鎳?60-80g/l，六水合氯化鎳?25-45g/l，檸檬酸?100-110g/l，檸檬酸鈉?150-160g/l，尿素50-60g/l，硼酸?45-50g/l，溴化鈉?15-20g/l，糖精?2-4g/l，1,4-丁炔二醇?0.3-0.5g/l，十二烷基硫酸鈉?0.1g/l；電鍍工藝參數為：ph值為2.0-3.0，脈沖頻率為1000?hz，電流密度為14-18a/dm2，溫度為20-40℃，電鍍時間為10-20分鐘。

9、巴氏合金絲材包括直徑1.2-2mm的錫基巴氏合金絲材或者鉛基巴氏合金絲材。

10、本發明的高溫抗氧化的巴氏合金絲材，可用于電弧熔絲焊接或電弧熔絲增材，作為熔化極氣體保護焊中的熔化極絲材和非熔化極氣體保護焊中的非熔化極絲材，含有該鍍層的巴氏合金絲在相同電弧熔絲增材工藝下相比不含鍍層的絲材，產生的氧化物減少80%以上。熔化極電弧增材的工藝為：電流120-130a、電壓16-18v、送絲速度2.3-2.8m/min。

11、本發明的高溫抗氧化的巴氏合金絲材，可用于激光熔絲增材，含有該鍍層的巴氏合金絲在相同激光熔絲增材工藝下相比不含鍍層的絲材，產生的氧化物減少30%以上。激光熔絲增材的工藝為：激光功率1.8kw，掃描速度1.2m/min，送絲速度3m/min。

12、本發明的高溫抗氧化的巴氏合金絲材，可用于等離子熔絲噴涂，含有該鍍層的巴氏合金絲在相同等離子噴涂工藝下相比不含鍍層的絲材，產生的氧化物減少20%以上。離子熔絲噴涂的工藝為：工作氣體為氬氣，功率8kw，送絲速度5m/min。

13、一種高溫抗氧化的巴氏合金絲材在電弧增材、激光熔絲增材、等離子熔絲噴涂中的應用。

14、電弧增材、激光熔絲增材、等離子熔絲噴涂的基體為碳鋼或鑄鐵，在碳鋼或鑄鐵基體材料上通過電弧增材、激光熔絲增材、等離子熔絲噴涂制備熔覆層。

15、熔覆層與基體的結合強度為82.5-120.1mpa；熔覆層的硬度為37.1-40.3hb；熔覆層的氧含量為0.18-1.11wt%。

16、一種熔覆層，由本發明的一種高溫抗氧化的巴氏合金絲材通過電弧增材、激光熔絲增材、等離子熔絲噴涂制備獲得；

17、電弧增材的工藝為：電流120-130a、電壓16-18v、送絲速度2.3-2.8m/min；

18、激光熔絲增材的工藝為：激光功率1.8kw，掃描速度1.2m/min，送絲速度3m/min；

19、等離子熔絲噴涂的工藝為：工作氣體為氬氣，功率8kw，送絲速度5m/min。

20、本發明的一種熔覆層在耐磨合金元件中的應用，耐磨合金元件包括軸承、軸瓦。

21、一種耐磨合金元件，包含本發明的一種熔覆層。

22、與現有技術相比，本發明具備以下顯著優點：

23、巴氏合金絲材表面的nicr合金層從兩方面減少氧化物的生成。一是減少外界空氣進入保護氣：cr的電離能比巴氏合金成分中的sn和pb更低，cr會優先電離，增強電弧區域的電導性而使電弧區域更穩定，ni提高熔滴的表面張力而使熔滴成型穩定、過渡穩定，cr和ni的共同作用下減少因電弧擾動而卷入保護氣的氧氣。二是在熔滴和熔池表面優先吸收氧并形成氧化膜阻隔：nicr合金鍍層在巴氏合金絲材熔化過程中同步熔融，部分nicr合金混入熔滴內部，但部分nicr合金在表面活性效應的作用下富集于熔滴和熔池表面，表面的ni元素和cr元素會優先發生氧化并形成nio和cr2o3保護膜，阻擋氧氣向熔滴和熔覆層內部擴散。綜上，巴氏合金絲材表面的nicr合金鍍層能減少氧化物的生成，降低熔覆層的氧含量。固溶到熔滴中的ni和cr能降低熔滴的表面張力，改善熔滴在基板上的鋪展性和潤濕性，提高熔覆層與基板的結合強度。熔池凝固后，ni和cr起到固溶強化作用，提高熔覆層的硬度。

24、采用電弧增材、激光增材及等離子噴涂等工藝進行驗證，發現上述鍍層的作用效果有所不同，其中在電弧增材工藝下效果最為明顯，氧化量降低達到80%以上，這可能與電弧作用下多種等離子體復合作用有關。

25、本發明公開了一種高溫抗氧化的巴氏合金絲材，適用于熔化極電弧熔絲增材、激光熔絲增材及等離子熔絲噴涂工藝。所述絲材在巴氏合金基體表面設置1-2微米厚的nicr合金鍍層，鍍層成分按質量百分比計包含88-92%的ni和8-12%的cr。該鍍層在高溫作用下隨巴氏合金熔化，利用cr元素穩定熔滴過渡以減少空氣在擾動過程中卷入保護氣，利用ni和cr元素的氧化膜阻止氧的擴散，顯著抑制熔滴蒸發及金屬蒸汽的氧化過程，從而大幅降低高能加工過程中的氧化物生成。實驗表明，在電弧熔絲增材工藝下，氧化物減少80%以上；在激光熔絲增材工藝下，氧化物減少30%以上；在等離子熔絲噴涂工藝下，氧化物減少20%以上。本發明的絲材能有效提高工藝穩定性和熔覆層質量，制備的熔覆層與基材的結合強度也有一定提升。