一种高性能紧固件的制备方法及紧固件与流程

1.本发明涉及紧固件制造领域，特别涉及一种高性能紧固件的制备方法及紧固件。


背景技术：

2.紧固件是作紧固连接用且应用极为广泛的一类机械基础件，其使用行业包括能源、电子、电器、机械、化工、冶金、模具、液压等等。常规的紧固件螺栓、螺柱、螺钉、螺丝、螺母、紧固垫片、销、铆钉等。作为紧固连接作用的零件，其被要求具有较高的力学强度。而对于一些应用环境更加恶劣的紧固件，其性能要求会更高。例如，对应用于发动机、汽轮机、发电机、飞行设备的紧固件，还需要其具备较高的耐磨性和高温强度，常规钢制紧固件通常难以满足要求。
3.专利cn114480950a公开了一种耐高温高强度特种紧固件制备工艺、专利cn115852226a公开了一种超超临界汽轮机紧固件用低膨胀合金及其制备方法，其主要通过对合金组分进行优化来提升紧固件的综合性能，取得了一定的效果。但面对一些应用场景中对紧固件性能要求愈加严苛的情况，现在有必要寻求更丰富的提升紧固件耐磨、耐热等综合性能的方案。
4.专利cn114561582b公开的合金粉末材料、其制备方法及在螺栓耐蚀防锈中的应用，其通过粉末材料经激光熔覆在螺栓表面，来改善螺栓的性能。其提供了利用激光熔覆处理提升螺栓性能的思路，但其主要是用于提高螺栓在潮湿环境下的耐腐蚀能力，未对螺栓的耐磨、耐热性能进行可靠的改善。
5.所以，现在有必要对现有技术进行改进，以提供更可靠的方案。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高性能紧固件的制备方法及紧固件。
7.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高性能紧固件的制备方法，包括以下步骤：
8.s1、冶炼制备高性能合金钢铸锭，所述高性能合金钢铸锭包括按质量百分比计的以下成分：
9.w：1.51-3.44％，ni：5.10-9.35％，co：0.81-2.75，cr：0.52-1.83％，mn：0.21-0.65％，mo：0.11-0.34％，v：0.15-0.28％，cu：0.23-0.41％，c：0.20％-0.43％，b：0.01-0.07％，la：0.05-0.16％，余量为fe及不可避免的杂质元素；
10.s2、将高性能合金钢铸锭模锻成型，粗加工成紧固件毛坯；
11.s3、对紧固件毛坯进行热处理；
12.s4、进行时效处理；
13.s5、采用增强保护合金粉末对时效处理后的紧固件毛坯表面进行激光熔覆处理，得到紧固件粗产品；
14.s6、对紧固件粗产品进行精加工处理，制得高性能紧固件。
15.优选的是，所述的高性能紧固件的制备方法包括以下步骤：
16.s1、冶炼制备高性能合金钢铸锭，所述高性能合金钢铸锭包括按质量百分比计的以下成分：
17.w：1.51-3.44％，ni：5.10-9.35％，co：0.81-2.75，cr：0.52-1.83％，mn：0.21-0.65％，mo：0.11-0.34％，v：0.15-0.28％，cu：0.23-0.41％，c：0.20％-0.43％，b：0.01-0.07％，la：0.05-0.16％，余量为fe及不可避免的杂质元素；
18.s2、将高性能合金钢铸锭在950-1120℃下进行锻打，在800-880℃终锻成型，锻后空冷至350-420℃，保温6h；然后以35-45℃/min的速率升温至900-1200℃，保温0.5-3h，空冷至室温；
19.s3、对紧固件毛坯进行热处理：将紧固件毛坯于800-920℃下保温2-6h，降温至550-780℃，保温4-10h，然后空冷至室温；
20.s4、进行时效处理：加入时效处理炉中，120-150℃下保温2-8h，空冷至室温；
21.s5、采用增强保护合金粉末对时效处理后的紧固件毛坯表面进行激光熔覆处理，得到紧固件粗产品；
22.s6、按照设计尺寸对紧固件粗产品进行精加工处理，制得高性能紧固件。
23.优选的是，所述的高性能紧固件的制备方法包括以下步骤：
24.s1、按照重量配比称取原料，然后将所有原料加入真空感应炉中熔炼，然后进行lf精炼、脱气，得到的合金熔液浇铸，制得所述高性能合金钢铸锭；所述高性能合金钢铸锭包括按质量百分比计的以下成分：
25.w：1.51-3.44％，ni：5.10-9.35％，co：0.81-2.75，cr：0.52-1.83％，mn：0.21-0.65％，mo：0.11-0.34％，v：0.15-0.28％，cu：0.23-0.41％，c：0.20％-0.43％，b：0.01-0.07％，la：0.05-0.16％，余量为fe及不可避免的杂质元素；
26.s2、将高性能合金钢铸锭在1050℃下进行锻打，在860℃终锻成型，锻后空冷至380℃，保温6h；然后以40℃/min的速率升温至950℃，保温1h，空冷至室温；
27.s3、对紧固件毛坯进行热处理：将紧固件毛坯于880℃下保温3h，降温至650℃，保温6h，然后空冷至室温；
28.s4、进行时效处理：加入时效处理炉中，135℃下保温4h，空冷至室温；
29.s5、采用增强保护合金粉末对时效处理后的紧固件毛坯表面进行激光熔覆处理，得到紧固件粗产品；
30.s6、按照设计尺寸对紧固件粗产品进行精加工处理，制得高性能紧固件。
31.优选的是，所述高性能合金钢铸锭包括按质量百分比计的以下成分：
32.w：2.17％，ni：7.25％，co：1.34％，cr：1.28％，mn：0.44％，mo：0.19％，v：0.22％，cu：0.31％，c：0.35％，b：0.03％，la：0.08％，余量为fe及不可避免的杂质元素。
33.优选的是，所述步骤s5中，激光熔覆的工艺参数为：
34.激光功率为1.0-4.5kw，束斑直径为0.8-4.2mm，扫描速率为5-20mm/s，扫描方式为单层条状往复扫描；使用气动同步送粉器进行送粉，送粉气体为氮气，送粉量为25-80g/min；采用氩气作为保护气体，保护气体流量为3-14l/min。
35.优选的是，所述步骤s5中，激光熔覆的工艺参数为：
36.激光功率为2.8kw，束斑直径为2.5mm，扫描速率为15mm/s，扫描方式为单层条状往复扫描；使用气动同步送粉器进行送粉，送粉气体为氮气，送粉量为50g/min；采用氩气作为保护气体，保护气体流量为10l/min。
37.优选的是，所述步骤s5中的增强保护合金粉末通过以下步骤制备得到：
38.1)制备羧基化fe3o4微球：
39.将4.2-18.5g六水合氯化铁、6.5-25.0g醋酸钠加入80-250ml乙二醇中，搅拌30-90min后，将得到的混合液转移至反应釜中，160-255℃下反应4-12h，待反应产物冷却至室温，离心，弃滤液，固体产物用去离子水洗涤，干燥，得到羧基化fe3o4微球；
40.2)水热法合成复合掺杂的fe3o4@c微球；
41.2-1)将2-10g所述步骤1)制备的羧基化fe3o4微球、0.91-3.55g壳聚糖、钛酸异丙醇、0.6-4.5g二巯基丁二酸加入150-400ml乙醇溶液中，搅拌1-5h，得到分散液a；
42.2-2)将硝酸铈、硝酸铝、正丁醇铌加入100-300ml乙醇水溶液中，搅拌30-90min，得到分散液b；
43.其中，乙醇水溶液中，乙醇与去离子水按照体积比为1:1；
44.2-3)将分散液2加入分散液1中，超声分散30-90min，得到前驱液；
45.2-4)将前驱液转移至反应釜中，190-240℃下反应6-12h，反应产物冷却至室温，离心，弃滤液，固体产物用去离子水洗涤，干燥，得到复合掺杂的fe3o4@c微球；
46.3)制备增强保护合金粉末：
47.将所述步骤2)制备的复合掺杂的fe3o4@c微球在氢气气氛中、于1750-2250℃下反应15-40min；然后降温至1350-1650℃，在氩气气氛中保温2-6h，得到增强保护合金熔液，然后采用雾化制粉工艺制备得到增强保护合金粉末。
48.优选的是，所述步骤2)中，按照钛元素：铝元素：铈元素：铌元素：铁元素的质量比为9.5-18.7：7.4-15.3：0.8-2.3:0.18-0.45:55.0-75.8的比例添加钛酸异丙醇、硝酸铝、硝酸铈和正丁醇铌。
49.优选的是，所述步骤s5中的增强保护合金粉末通过以下步骤制备得到：
50.1)制备羧基化fe3o4微球：
51.将8.4g六水合氯化铁、15.6g醋酸钠加入120ml乙二醇中，搅拌60min后，将得到的混合液转移至反应釜中，210℃下反应8h，待反应产物冷却至室温，离心，弃滤液，固体产物用去离子水洗涤，干燥，得到羧基化fe3o4微球；
52.2)水热法合成复合掺杂的fe3o4@c微球；
53.2-1)将5g所述步骤1)制备的羧基化fe3o4微球、1.83g壳聚糖、钛酸异丙醇、2.0g二巯基丁二酸加入300ml乙醇溶液中，搅拌2h，得到分散液a；
54.2-2)将硝酸铈、硝酸铝、正丁醇铌加入200ml乙醇水溶液中，搅拌45min，得到分散液b；其中，乙醇水溶液中，乙醇与去离子水按照体积比为1:1；
55.其中，按照钛元素：铝元素：铈元素：铌元素：铁元素的质量比为15.2：9.5：1.6:0.38:68.22的比例添加钛酸异丙醇、硝酸铝、硝酸铈和正丁醇铌；
56.2-3)将分散液2加入分散液1中，超声分散60min，得到前驱液；
57.2-4)将前驱液转移至反应釜中，220℃下反应8h，反应产物冷却至室温，离心，弃滤液，固体产物用去离子水洗涤，干燥，得到复合掺杂的fe3o4@c微球；
58.3)制备增强保护合金粉末：
59.将所述步骤2)制备的复合掺杂的fe3o4@c微球在氢气气氛中、于1800℃下反应25min；然后降温至1480℃，在氩气气氛中保温3h，得到增强保护合金熔液，然后采用雾化制粉工艺制备得到增强保护合金粉末；
60.所述增强保护合金粉末的成分按质量百分比计为：
61.ti：15.2％，al：9.5％，c：5.1％，ce：1.6％，nb：0.38％，余量为fe及不可避免的杂质元素。
62.本发明还提供一种高性能紧固件，其通过如上所述的方法制备得到。
63.本发明的有益效果是：
64.本发明提供的高性能紧固件具有较高的机械强度以及优异的高温耐磨性能和较高的硬度，综合性能优异，能够满足一些应用场景中对紧固件较严苛的耐磨、耐热性能要求；
65.本发明的高性能紧固件基体中通过成分的优化，能够提高基体的机械强度，进一步采用增强保护合金粉末，利用激光熔覆在紧固件基体上形成熔覆层，该熔覆层与基体连接牢固，且熔覆层内含有大量分散均匀的tic、tial等增强相，能够显著提升紧固件的表面硬度和耐磨性能。
附图说明
66.图1为本发明的高性能紧固件的制备工艺流程图；
67.图2为本发明的实施例1制备的试样表面的熔覆层的xrd图谱；
68.图3为本发明的实施例1的试样表面的熔覆层沿厚度方向的显微硬度测试结果；
69.图4为本发明的实施例1和对比例1、对比例2的试样在550℃下保温不同时间的硬度测试结果。
具体实施方式
70.下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
71.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
72.下列实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法。下列实施例中所用的材料试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。下列实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
73.本发明提供一种高性能紧固件的制备方法，包括以下步骤：
74.s1、冶炼制备高性能合金钢铸锭：
75.高性能合金钢铸锭包括按质量百分比计的以下成分：
76.w：1.51-3.44％，ni：5.10-9.35％，co：0.81-2.75，cr：0.52-1.83％，mn：0.21-0.65％，mo：0.11-0.34％，v：0.15-0.28％，cu：0.23-0.41％，c：0.20％-0.43％，b：0.01-0.07％，la：0.05-0.16％，余量为fe及不可避免的杂质元素；
77.具体为：按照以上重量配比称取原料，然后将所有原料加入真空感应炉中熔炼，lf精炼、脱气，得到的合金熔液浇铸浇铸，得到高性能合金钢铸锭。
78.s2、将高性能合金钢铸锭模锻成型，粗加工成紧固件毛坯：
79.将高性能合金钢铸锭在950-1120℃下进行锻打，在800-880℃终锻成型，锻后空冷至350-420℃，保温6h；然后以35-45℃/min的速率升温至900-1200℃，保温0.5-3h，空冷至室温。
80.s3、对紧固件毛坯进行热处理：
81.将紧固件毛坯于800-920℃下保温2-6h，降温至550-780℃，保温4-10h，然后空冷至室温。
82.s4、进行时效处理：
83.加入时效处理炉中，120-150℃下保温2-8h，空冷至室温。
84.s5、采用增强保护合金粉末对时效处理后的紧固件毛坯(预热至250-350℃)表面进行激光熔覆处理，得到紧固件粗产品：
85.激光熔覆的工艺参数为：
86.激光功率为1.0-4.5kw，束斑直径为0.8-4.2mm，扫描速率为5-20mm/s，扫描方式为单层条状往复扫描；使用气动同步送粉器进行送粉，送粉气体为氮气，送粉量为25-80g/min；采用氩气作为保护气体，保护气体流量为3-14l/min。紧固件表面形成的熔覆层的平均厚度为400-800μm。
87.s6、按照设计尺寸对紧固件粗产品进行精加工处理，制得高性能紧固件。
88.本发明中，步骤s5中的增强保护合金粉末通过以下步骤制备得到：
89.1)制备羧基化fe3o4微球：
90.将4.2-18.5g六水合氯化铁、6.5-25.0g醋酸钠加入80-250ml乙二醇中，搅拌30-90min后，将得到的混合液转移至反应釜中，160-255℃下反应4-12h，待反应产物冷却至室温，离心，弃滤液，固体产物用去离子水洗涤，干燥，得到羧基化fe3o4微球；
91.2)水热法合成复合掺杂的fe3o4@c微球；
92.2-1)将2-10g步骤1)制备的羧基化fe3o4微球、0.91-3.55g壳聚糖、钛酸异丙醇、0.6-4.5g二巯基丁二酸加入150-400ml乙醇溶液中，搅拌1-5h，得到分散液a；
93.2-2)将硝酸铈、硝酸铝、正丁醇铌加入100-300ml乙醇水溶液中，搅拌30-90min，得到分散液b；
94.其中，乙醇水溶液中，乙醇与去离子水按照体积比为1:1；
95.其中，按照钛元素：铝元素：铈元素：铌元素：铁元素的质量比为9.5-18.7：7.4-15.3：0.8-2.3:0.18-0.45:55.0-75.8的比例添加钛酸异丙醇、硝酸铝、硝酸铈和正丁醇铌。
96.2-3)将分散液2加入分散液1中，超声分散30-90min，得到前驱液；
97.2-4)将前驱液转移至反应釜中，190-240℃下反应6-12h，反应产物冷却至室温，离心，弃滤液，固体产物用去离子水洗涤，干燥，得到复合掺杂的fe3o4@c微球；
98.3)制备增强保护合金粉末：
99.将步骤2)制备的复合掺杂的fe3o4@c微球在氢气气氛中、于1750-2250℃下反应15-40min；然后降温至1350-1650℃，在氩气气氛中保温2-6h，得到增强保护合金熔液，然后采用雾化制粉工艺制备得到增强保护合金粉末。
100.增强保护合金粉末的成分按质量百分比计为：
101.ti：9.5-18.7％，al：7.4-15.3％，c：3.4-7.2％，ce：0.8-2.3％，nb：0.18-0.45％，余量为fe及不可避免的杂质元素。
102.w：1.51-3.44％，ni：5.10-9.35％，co：0.81-2.75，cr：0.52-1.83％，mn：0.21-0.65％，mo：0.11-0.34％，v：0.15-0.28％，cu：0.23-0.41％，c：0.20％-0.43％，b：0.01-0.07％，la：0.05-0.16％，
103.本发明的高性能紧固件基体通过高性能合金钢铸锭制备得到，该高性能合金钢铸锭中，w的添加能够与c形成具有高硬度和耐磨性的碳化钨相，可以有效提高耐磨性和热强度。ni的添加能够提高耐热性能、耐腐蚀性能和强度，且同时能保持良好的韧性。co能细化晶粒,可降低钢的过热倾向性，并促进碳化物的性能，能提高钢的热强性/热硬性，以及耐磨性能。cr能够提升强度、硬度、耐磨性能和抗氧化性能。mo能够细化晶粒，提高热强性能。v可以提高强度和韧性，且通过与c形成碳化物，能够提高耐腐蚀性能。少量的cu能够提高强度和韧性，以及耐大气腐蚀性能。微量的b能够改善钢的致密性，提高强度；且b、w、co能够形成高硬度的w-co-b三元合金相，从而可提高强度和硬度。la能起到细化晶粒和脱氧效果，可以提高强度。
104.本发明通过采用增强保护合金粉末，利用激光熔覆在紧固件基体上形成熔覆层，能够显著提升紧固件的表面硬度和耐磨性能，该增强保护合金粉末中含有大量分散均匀的tic、tial等增强相，对性能的提升起到了关键作用。
105.tic作为一种陶瓷材料，具有高熔点、超硬、化学稳定性、高耐磨性、热传导性能好等优良性能，可用作增强材料来提高合金的机械强度、耐热性能、耐腐蚀性能。碳热还原tio2法、直接反应法、溶胶凝胶法、化学气相沉积、热等离子方法等(董占祥,孔祥鹏,王俊文.超细tic粉体的制备方法及应用研究进展[j].山西化工,2011,31(3):4.)。
[0106]
然而，tic与铁基体的润湿性差、碳化钛相的生成效率不高等问题是碳化钛在合金钢中应用的限制因素，导致碳化钛对铁基体性能的改善效果往往难以达到预期。
[0107]
tial是一种新兴的金属化合物，高温强度大，能有效提升耐热强度，且具有优异的抗氧化能力；但tial的耐磨性较差，且同样存在于铁基体中易偏析、难充分分散的缺陷。
[0108]
本发明通过先制备增强保护合金粉末，然后进行激光熔覆形成熔覆层，能够很好的克服tic、tial存在的上述问题，并且在对紧固件性能的提升方面还能够获得协调增强的效果。以下结合制备过程与机理进行详细说明。
[0109]
本发明首先通过溶剂热法制备得到了羧基化fe3o4微球，其表面具有丰富的羧基官能团；
[0110]
然后基于水热法，以壳聚糖、二巯基丁二酸等为主要c源在羧基化fe3o4微球上原位接枝大量的c球，从而得到fe3o4@c复合微球的结构，在这一过程中，c球表面保留了由壳聚糖、二巯基丁二酸等引入的活性官能团：羟基、氨基、巯基、羧基等，这些官能团以及fe3o4微球上的羧基对加入的钛、铈、铌离子具有亲和作用，能通过络合/配位/静电吸引等作用使钛、铝、铈、铌离子能够均匀且稳定的负载到fe3o4微球和c球表面，之后再通过加热形成氧化物或其他相而借助化学键牢固连接到fe3o4微球和c球上，并可实现均匀负载；
[0111]
最后通过在还原气体作用下进行高温处理，使氧化物被还原为单金属，其他杂质成分也被同时去除，形成富含fe、ti、al、c、ce、nb元素的中间合金；在这一过程中，高温作用
下，负载于c球上的ti、al能够与c原位形成大量的tic、tial、tial3等增强相，主要反应包括：
[0112]
tio2(s)+3c(s)
→
tic+2co2(g)；ti(s)+c(s)
→
tic(s)；
[0113]
ti+al
→
alti；ti+3al
→
tial3；3tio2+4al
→
3ti+2al2o3。
[0114]
tic的存在，能够弥补tial耐磨性差的缺陷，通过tic与tial的相互补强，能够进一步提升熔覆层的性能。
[0115]
增强保护合金粉末中原位形成的tic、tial等增强相具有热力学稳定、分布均匀、与基体润湿性更好好、结合强度高等显著优点；增强保护合金粉末在激光产生的高温作用后，在基体上形成的熔覆层强度更高，与紧固件基体结合更加牢固。
[0116]
其中，ce元素倾向偏聚于晶界以降低体系的边界能，且其易与氧原子极易反应生成ceo2，偏聚在晶界处的ceo2可阻碍晶粒长大、细化晶粒；ceo2偏聚在tic等增强相与基体的相界面处，熔液凝固过程中，熔点较高的tic等增强相先从熔池中析出，先析出的tic等增强相可作为异质形核基质，ceo2在tic等增强相与基体的界面优先结晶从而能够抑制tic等增强相晶粒长大，细化组织；同时，ceo2可降低晶体形核时所需的临界形核功，进而增加tic等增强相的形核率，促进tic等增强相的生成，增大tic等增强相的数量，最终能够提高熔覆层的机械强度、硬度和热稳定性能。
[0117]
其中，nb能够起到细化晶粒、提高韧性的作用；同时nb与c能够生成nbc，其能够提高抗晶间腐蚀性能，nbc能够熔于tic中生成类质同晶的固溶体，可以对tic相起到性能改善补强的功效，使熔覆层的热强度、综合力学性能得到进一步提升。
[0118]
增强保护合金粉末在激光产生的高温作用下形成熔覆层的过程中，增强保护合金粉末中的铁基体能够起到负载/粘合作用，一方面使熔覆层中的tic、tial等增强相以及ce、nb等能够均匀分散，以发挥其补强作用；另一方面能够促进熔覆层与基体界面之间的相互嵌入，提高增强熔覆层与基体之间的连接强度。
[0119]
需要理解的是，本发明中的紧固件可以为起紧固连接作用的各类常规产品，例如，螺栓、螺柱、螺钉、螺丝、螺母、紧固垫片、销、铆钉等等。
[0120]
以上为本发明的总体构思，以下在其基础上提供详细的实施例和对比例，以对本发明作进一步说明。
[0121]
实施例1
[0122]
一种高性能紧固件，其制备方法包括以下步骤：
[0123]
s1、按照重量配比称取原料，然后将所有原料加入真空感应炉中于1450℃下熔炼，然后进行lf精炼、脱气，得到的合金熔液浇铸，制得高性能合金钢铸锭；高性能合金钢铸锭包括按质量百分比计的以下成分：
[0124]
w：2.17％，ni：7.25％，co：1.34％，cr：1.28％，mn：0.44％，mo：0.19％，v：0.22％，cu：0.31％，c：0.35％，b：0.03％，la：0.08％，余量为fe及不可避免的杂质元素。
[0125]
s2、将高性能合金钢铸锭在1050℃下进行锻打，在860℃终锻成型，锻后空冷至380℃，保温6h；然后以40℃/min的速率升温至950℃，保温1h，空冷至室温；
[0126]
s3、对紧固件毛坯进行热处理：将紧固件毛坯于880℃下保温3h，降温至650℃，保温6h，然后空冷至室温；
[0127]
s4、进行时效处理：加入时效处理炉中，135℃下保温4h，空冷至室温；
[0128]
s5、将时效处理后的紧固件毛坯进行表面清洗、除锈、打磨处理，然后预热至300℃，再采用增强保护合金粉末对紧固件毛坯表面进行激光熔覆处理，得到紧固件粗产品；
[0129]
激光熔覆的工艺参数为：
[0130]
激光功率为2.8kw，束斑直径为2.5mm，扫描速率为15mm/s，扫描方式为单层条状往复扫描；使用气动同步送粉器进行送粉，送粉气体为氮气，送粉量为50g/min；采用氩气作为保护气体，保护气体流量为10l/min。紧固件表面形成的熔覆层的平均厚度约为650μm。
[0131]
s6、按照设计尺寸对紧固件粗产品进行精加工处理，制得高性能紧固件。本实施例中，步骤s5中的增强保护合金粉末通过以下步骤制备得到：
[0132]
1)制备羧基化fe3o4微球：
[0133]
将8.4g六水合氯化铁、15.6g醋酸钠加入120ml乙二醇中，搅拌60min后，将得到的混合液转移至反应釜中，210℃下反应8h，待反应产物冷却至室温，离心，弃滤液，固体产物用去离子水洗涤，干燥，得到羧基化fe3o4微球；
[0134]
2)水热法合成复合掺杂的fe3o4@c微球；
[0135]
2-1)将5g步骤1)制备的羧基化fe3o4微球、1.83g壳聚糖、钛酸异丙醇、2.0g二巯基丁二酸加入300ml乙醇溶液中，搅拌2h，得到分散液a；
[0136]
2-2)将硝酸铈、硝酸铝、正丁醇铌加入200ml乙醇水溶液中，搅拌45min，得到分散液b；
[0137]
其中，乙醇水溶液中，乙醇与去离子水按照体积比为1:1；
[0138]
其中，按照钛元素：铝元素：铈元素：铌元素：铁元素的质量比为15.2：9.5：1.6:0.38:68.22的比例添加钛酸异丙醇、硝酸铝、硝酸铈和正丁醇铌；
[0139]
2-3)将分散液2加入分散液1中，超声分散60min，得到前驱液；
[0140]
2-4)将前驱液转移至反应釜中，220℃下反应8h，反应产物冷却至室温，离心，弃滤液，固体产物用去离子水洗涤，干燥，得到复合掺杂的fe3o4@c微球；
[0141]
3)制备增强保护合金粉末：
[0142]
将步骤2)制备的复合掺杂的fe3o4@c微球在氢气气氛中、于1800℃下反应25min；然后降温至1480℃，在氩气气氛中保温3h，得到增强保护合金熔液，然后采用雾化制粉工艺制备得到增强保护合金粉末；
[0143]
其中，雾化制粉工艺具体为：利用氮气保护雾化制粉技术制备合金粉末材料，所需雾化介质为氮气，合金溶液流动速率为0.8kg/min。
[0144]
增强保护合金粉末的成分按质量百分比计为：
[0145]
ti：15.2％，al：9.5％，c：5.1％，ce：1.6％，nb：0.38％，余量为fe及不可避免的杂质元素。
[0146]
实施例2
[0147]
一种高性能紧固件，其制备方法包括以下步骤：
[0148]
s1、按照重量配比称取原料，然后将所有原料加入真空感应炉中于1450℃下熔炼，然后进行lf精炼、脱气，得到的合金熔液浇铸，制得高性能合金钢铸锭；高性能合金钢铸锭包括按质量百分比计的以下成分：
[0149]
w：2.35％，ni：8.03％，co：1.20％，cr：1.44％，mn：0.48％，mo：0.23％，v：0.25％，cu：0.27％，c：0.32％，b：0.04％，la：0.08％，余量为fe及不可避免的杂质元素。
[0150]
s2、将高性能合金钢铸锭在1050℃下进行锻打，在860℃终锻成型，锻后空冷至380℃，保温6h；然后以40℃/min的速率升温至950℃，保温1h，空冷至室温；
[0151]
s3、对紧固件毛坯进行热处理：将紧固件毛坯于900℃下保温3h，降温至680℃，保温6h，然后空冷至室温；
[0152]
s4、进行时效处理：加入时效处理炉中，140℃下保温4h，空冷至室温；
[0153]
s5、将时效处理后的紧固件毛坯进行表面清洗、除锈、打磨处理，然后预热至300℃，再采用增强保护合金粉末对紧固件毛坯表面进行激光熔覆处理，得到紧固件粗产品；
[0154]
激光熔覆的工艺参数为：
[0155]
激光功率为2.8kw，束斑直径为2.5mm，扫描速率为17mm/s，扫描方式为单层条状往复扫描；使用气动同步送粉器进行送粉，送粉气体为氮气，送粉量为45g/min；采用氩气作为保护气体，保护气体流量为10l/min；紧固件表面形成的熔覆层的厚度为620μm。
[0156]
s6、按照设计尺寸对紧固件粗产品进行精加工处理，制得高性能紧固件。本实施例中，步骤s5中的增强保护合金粉末通过以下步骤制备得到：
[0157]
1)制备羧基化fe3o4微球：
[0158]
将8.4g六水合氯化铁、15.6g醋酸钠加入120ml乙二醇中，搅拌60min后，将得到的混合液转移至反应釜中，210℃下反应8h，待反应产物冷却至室温，离心，弃滤液，固体产物用去离子水洗涤，干燥，得到羧基化fe3o4微球；
[0159]
2)水热法合成复合掺杂的fe3o4@c微球；
[0160]
2-1)将5g步骤1)制备的羧基化fe3o4微球、1.83g壳聚糖、钛酸异丙醇、2.0g二巯基丁二酸加入300ml乙醇溶液中，搅拌2h，得到分散液a；
[0161]
2-2)将硝酸铈、硝酸铝、正丁醇铌加入200ml乙醇水溶液中，搅拌45min，得到分散液b；
[0162]
其中，乙醇水溶液中，乙醇与去离子水按照体积比为1:1；
[0163]
其中，按照钛元素：铝元素：铈元素：铌元素：铁元素的质量比为15.2：9.5：1.6:0.38:68.22的比例添加钛酸异丙醇、硝酸铝、硝酸铈和正丁醇铌；
[0164]
2-3)将分散液2加入分散液1中，超声分散60min，得到前驱液；
[0165]
2-4)将前驱液转移至反应釜中，220℃下反应8h，反应产物冷却至室温，离心，弃滤液，固体产物用去离子水洗涤，干燥，得到复合掺杂的fe3o4@c微球；
[0166]
3)制备增强保护合金粉末：
[0167]
将步骤2)制备的复合掺杂的fe3o4@c微球在氢气气氛中、于1800℃下反应25min；然后降温至1480℃，在氩气气氛中保温3h，得到增强保护合金熔液，然后采用雾化制粉工艺制备得到增强保护合金粉末；
[0168]
其中，雾化制粉工艺具体为：利用氮气保护雾化制粉技术制备合金粉末材料，所需雾化介质为氮气，合金溶液流动速率为0.8kg/min。
[0169]
增强保护合金粉末的成分按质量百分比计为：
[0170]
ti：15.2％，al：9.5％，c：5.1％，ce：1.6％，nb：0.38％，余量为fe及不可避免的杂质元素。
[0171]
实施例3
[0172]
一种高性能紧固件，其制备方法包括以下步骤：
[0173]
s1、按照重量配比称取原料，然后将所有原料加入真空感应炉中于1500℃下熔炼，然后进行lf精炼、脱气，得到的合金熔液浇铸，制得高性能合金钢铸锭；高性能合金钢铸锭包括按质量百分比计的以下成分：
[0174]
w：2.06％，ni：6.47％，co：1.41％，cr：1.55％，mn：0.73％，mo：0.25％，v：0.20％，cu：0.31％，c：0.36％，b：0.05％，la：0.09％，余量为fe及不可避免的杂质元素。
[0175]
s2、将高性能合金钢铸锭在1000℃下进行锻打，在850℃终锻成型，锻后空冷至400℃，保温6h；然后以45℃/min的速率升温至950℃，保温1h，空冷至室温；
[0176]
s3、对紧固件毛坯进行热处理：将紧固件毛坯于900℃下保温3h，降温至680℃，保温6h，然后空冷至室温；
[0177]
s4、进行时效处理：加入时效处理炉中，160℃下保温4h，空冷至室温；
[0178]
s5、将时效处理后的紧固件毛坯进行表面清洗、除锈、打磨处理，然后预热至300℃，再采用增强保护合金粉末对紧固件毛坯表面进行激光熔覆处理，得到紧固件粗产品；
[0179]
激光熔覆的工艺参数为：
[0180]
激光功率为2.8kw，束斑直径为2.5mm，扫描速率为12mm/s，扫描方式为单层条状往复扫描；使用气动同步送粉器进行送粉，送粉气体为氮气，送粉量为55g/min；采用氩气作为保护气体，保护气体流量为10l/min；紧固件表面形成的熔覆层的厚度为680μm。
[0181]
s6、按照设计尺寸对紧固件粗产品进行精加工处理，制得高性能紧固件。本实施例中，步骤s5中的增强保护合金粉末通过以下步骤制备得到：
[0182]
1)制备羧基化fe3o4微球：
[0183]
将8.4g六水合氯化铁、15.6g醋酸钠加入120ml乙二醇中，搅拌60min后，将得到的混合液转移至反应釜中，210℃下反应8h，待反应产物冷却至室温，离心，弃滤液，固体产物用去离子水洗涤，干燥，得到羧基化fe3o4微球；
[0184]
2)水热法合成复合掺杂的fe3o4@c微球；
[0185]
2-1)将5g步骤1)制备的羧基化fe3o4微球、1.83g壳聚糖、钛酸异丙醇、2.0g二巯基丁二酸加入300ml乙醇溶液中，搅拌2h，得到分散液a；
[0186]
2-2)将硝酸铈、硝酸铝、正丁醇铌加入200ml乙醇水溶液中，搅拌45min，得到分散液b；
[0187]
其中，乙醇水溶液中，乙醇与去离子水按照体积比为1:1；
[0188]
其中，按照钛元素：铝元素：铈元素：铌元素：铁元素的质量比为15.2：9.5：1.6:0.38:68.22的比例添加钛酸异丙醇、硝酸铝、硝酸铈和正丁醇铌；
[0189]
2-3)将分散液2加入分散液1中，超声分散60min，得到前驱液；
[0190]
2-4)将前驱液转移至反应釜中，220℃下反应8h，反应产物冷却至室温，离心，弃滤液，固体产物用去离子水洗涤，干燥，得到复合掺杂的fe3o4@c微球；
[0191]
3)制备增强保护合金粉末：
[0192]
将步骤2)制备的复合掺杂的fe3o4@c微球在氢气气氛中、于1800℃下反应25min；然后降温至1480℃，在氩气气氛中保温3h，得到增强保护合金熔液，然后采用雾化制粉工艺制备得到增强保护合金粉末；
[0193]
其中，雾化制粉工艺具体为：利用氮气保护雾化制粉技术制备合金粉末材料，所需雾化介质为氮气，合金溶液流动速率为0.8kg/min。
[0194]
增强保护合金粉末的成分按质量百分比计为：
[0195]
ti：15.2％，al：9.5％，c：5.1％，ce：1.6％，nb：0.38％，余量为fe及不可避免的杂质元素。
[0196]
对比例1
[0197]
一种高性能紧固件，其制备方法包括以下步骤：
[0198]
s1、按照重量配比称取原料，然后将所有原料加入真空感应炉中于1450℃下熔炼，然后进行lf精炼、脱气，得到的合金熔液浇铸，制得高性能合金钢铸锭；高性能合金钢铸锭包括按质量百分比计的以下成分：
[0199]
w：2.17％，ni：7.25％，co：1.34％，cr：1.28％，mn：0.44％，mo：0.19％，v：0.22％，cu：0.31％，c：0.35％，b：0.03％，la：0.08％，余量为fe及不可避免的杂质元素。
[0200]
s2、将高性能合金钢铸锭在1050℃下进行锻打，在860℃终锻成型，锻后空冷至380℃，保温6h；然后以40℃/min的速率升温至950℃，保温1h，空冷至室温；
[0201]
s3、对紧固件毛坯进行热处理：将紧固件毛坯于880℃下保温3h，降温至650℃，保温6h，然后空冷至室温；
[0202]
s4、进行时效处理：加入时效处理炉中，135℃下保温4h，空冷至室温；
[0203]
s5、按照设计尺寸对紧固件粗产品进行精加工处理，制得高性能紧固件。
[0204]
对比例2
[0205]
一种高性能紧固件，其制备方法包括以下步骤：
[0206]
s1、按照重量配比称取原料，然后将所有原料加入真空感应炉中于1450℃下熔炼，然后进行lf精炼、脱气，得到的合金熔液浇铸，制得高性能合金钢铸锭；高性能合金钢铸锭包括按质量百分比计的以下成分：
[0207]
w：2.17％，ni：7.25％，co：1.34％，cr：1.28％，mn：0.44％，mo：0.19％，v：0.22％，cu：0.31％，c：0.35％，b：0.03％，la：0.08％，余量为fe及不可避免的杂质元素。
[0208]
s2、将高性能合金钢铸锭在1050℃下进行锻打，在860℃终锻成型，锻后空冷至380℃，保温6h；然后以40℃/min的速率升温至950℃，保温1h，空冷至室温；
[0209]
s3、对紧固件毛坯进行热处理：将紧固件毛坯于880℃下保温3h，降温至650℃，保温6h，然后空冷至室温；
[0210]
s4、进行时效处理：加入时效处理炉中，135℃下保温4h，空冷至室温；
[0211]
s5、将时效处理后的紧固件毛坯进行表面清洗、除锈、打磨处理，然后预热至300℃，再采用增强保护合金粉末对紧固件毛坯表面进行激光熔覆处理，得到紧固件粗产品；
[0212]
激光熔覆的工艺参数为：
[0213]
激光功率为2.8kw，束斑直径为2.5mm，扫描速率为15mm/s，扫描方式为单层条状往复扫描；使用气动同步送粉器进行送粉，送粉气体为氮气，送粉量为50g/min；采用氩气作为保护气体，保护气体流量为10l/min。紧固件表面形成的熔覆层的平均厚度约为650μm。
[0214]
增强保护合金粉末的成分按质量百分比计为：
[0215]
ti：15.2％，al：9.5％，c：5.1％，ce：1.6％，nb：0.38％，余量为fe及不可避免的杂质元素。
[0216]
s6、按照设计尺寸对紧固件粗产品进行精加工处理，制得高性能紧固件。本实施例中，步骤s5中的增强保护合金粉末通过以下步骤制备得到：
[0217]
1)按照以下重量配比称取原料：fe粉、ti粉、al粉、c粉、ce粉、nb粉；
[0218]
ti：15.2％，al：9.5％，c：5.1％，ce：1.6％，nb：0.38％，余量为fe及不可避免的杂质元素。
[0219]
2)将所有原料粉末在1800℃下熔炼，保温5min，然后降温至1480℃，在氩气气氛中保温3h，得到增强保护合金熔液，然后采用雾化制粉工艺制备得到增强保护合金粉末；
[0220]
其中，雾化制粉工艺具体为：利用氮气保护雾化制粉技术制备合金粉末材料，所需雾化介质为氮气，合金溶液流动速率为0.8kg/min。
[0221]
对比例3
[0222]
一种高性能紧固件，其制备方法包括以下步骤：
[0223]
s1、按照重量配比称取原料，然后将所有原料加入真空感应炉中于1450℃下熔炼，然后进行lf精炼、脱气，得到的合金熔液浇铸，制得高性能合金钢铸锭；高性能合金钢铸锭包括按质量百分比计的以下成分：
[0224]
w：2.17％，ni：7.25％，co：1.34％，cr：1.28％，mn：0.44％，mo：0.19％，v：0.22％，cu：0.31％，c：0.35％，b：0.03％，la：0.08％，余量为fe及不可避免的杂质元素。
[0225]
s2、将高性能合金钢铸锭在1050℃下进行锻打，在860℃终锻成型，锻后空冷至380℃，保温6h；然后以40℃/min的速率升温至950℃，保温1h，空冷至室温；
[0226]
s3、对紧固件毛坯进行热处理：将紧固件毛坯于880℃下保温3h，降温至650℃，保温6h，然后空冷至室温；
[0227]
s4、进行时效处理：加入时效处理炉中，135℃下保温4h，空冷至室温；
[0228]
s5、将时效处理后的紧固件毛坯进行表面清洗、除锈、打磨处理，然后预热至300℃，再采用增强保护合金粉末对紧固件毛坯表面进行激光熔覆处理，得到紧固件粗产品；
[0229]
激光熔覆的工艺参数为：
[0230]
激光功率为2.8kw，束斑直径为2.5mm，扫描速率为15mm/s，扫描方式为单层条状往复扫描；使用气动同步送粉器进行送粉，送粉气体为氮气，送粉量为50g/min；采用氩气作为保护气体，保护气体流量为10l/min。紧固件表面形成的熔覆层的平均厚度约为650μm。
[0231]
增强保护合金粉末的成分按质量百分比计为：
[0232]
ti：15.2％，al：9.5％，c：5.1％，ce：1.6％，nb：0.38％，余量为fe及不可避免的杂质元素。
[0233]
s6、按照设计尺寸对紧固件粗产品进行精加工处理，制得高性能紧固件。本实施例中，步骤s5中的增强保护合金粉末通过以下步骤制备得到：
[0234]
1)按照以下重量配比称取原料：fe粉、tic粉、ti粉、al粉、c粉、ce粉、nb粉；
[0235]
tic：13.5％，ti：2.3％，al：9.5％，c：1.7％，ce：1.6％，nb：0.38％，余量为fe及不可避免的杂质元素。
[0236]
2)将所有原料粉末在1800℃下熔炼，保温5min，然后降温至1480℃，在氩气气氛中保温3h，得到增强保护合金熔液，然后采用雾化制粉工艺制备得到增强保护合金粉末；
[0237]
其中，雾化制粉工艺具体为：利用氮气保护雾化制粉技术制备合金粉末材料，所需雾化介质为氮气，合金溶液流动速率为0.8kg/min。
[0238]
对比例4
[0239]
本例与实施例1基本相同，以下仅列出不同之处。
[0240]
本例中的增强保护合金粉末通过以下步骤制备得到：
[0241]
1)制备羧基化fe3o4微球：
[0242]
将8.4g六水合氯化铁、15.6g醋酸钠加入120ml乙二醇中，搅拌60min后，将得到的混合液转移至反应釜中，210℃下反应8h，待反应产物冷却至室温，离心，弃滤液，固体产物用去离子水洗涤，干燥，得到羧基化fe3o4微球；
[0243]
2)水热法合成复合掺杂的fe3o4@c微球；
[0244]
2-1)将5g步骤1)制备的羧基化fe3o4微球、1.83g壳聚糖、钛酸异丙醇、2.0g二巯基丁二酸加入300ml乙醇溶液中，搅拌2h，得到分散液a；
[0245]
2-2)将硝酸铈、正丁醇铌加入200ml乙醇水溶液中，搅拌45min，得到分散液b；
[0246]
其中，乙醇水溶液中，乙醇与去离子水按照体积比为1:1；
[0247]
其中，按照钛元素：铈元素：铌元素：铁元素的质量比为15.2：1.6:0.38:77.72的比例添加钛酸异丙醇、硝酸铈和正丁醇铌；
[0248]
2-3)将分散液2加入分散液1中，超声分散60min，得到前驱液；
[0249]
2-4)将前驱液转移至反应釜中，220℃下反应8h，反应产物冷却至室温，离心，弃滤液，固体产物用去离子水洗涤，干燥，得到复合掺杂的fe3o4@c微球；
[0250]
3)制备增强保护合金粉末：
[0251]
将步骤2)制备的复合掺杂的fe3o4@c微球在氢气气氛中、于1800℃下反应25min；然后降温至1480℃，在氩气气氛中保温3h，得到增强保护合金熔液，然后采用雾化制粉工艺制备得到增强保护合金粉末；
[0252]
其中，雾化制粉工艺具体为：利用氮气保护雾化制粉技术制备合金粉末材料，所需雾化介质为氮气，合金溶液流动速率为0.8kg/min。
[0253]
对比例5
[0254]
本例与实施例1基本相同，以下仅列出不同之处。
[0255]
本例中的增强保护合金粉末通过以下步骤制备得到：
[0256]
1)制备羧基化fe3o4微球：
[0257]
将8.4g六水合氯化铁、15.6g醋酸钠加入120ml乙二醇中，搅拌60min后，将得到的混合液转移至反应釜中，210℃下反应8h，待反应产物冷却至室温，离心，弃滤液，固体产物用去离子水洗涤，干燥，得到羧基化fe3o4微球；
[0258]
2)水热法合成复合掺杂的fe3o4@c微球；
[0259]
2-1)将5g步骤1)制备的羧基化fe3o4微球、1.83g壳聚糖、钛酸异丙醇、2.0g二巯基丁二酸加入300ml乙醇溶液中，搅拌2h，得到分散液a；
[0260]
2-2)将硝酸铝、正丁醇铌加入200ml乙醇水溶液中，搅拌45min，得到分散液b；
[0261]
其中，乙醇水溶液中，乙醇与去离子水按照体积比为1:1；
[0262]
其中，按照钛元素：铝元素：铌元素：铁元素的质量比为15.2：9.5：0.38:69.8的比例添加钛酸异丙醇、硝酸铝和正丁醇铌；
[0263]
2-3)将分散液2加入分散液1中，超声分散60min，得到前驱液；
[0264]
2-4)将前驱液转移至反应釜中，220℃下反应8h，反应产物冷却至室温，离心，弃滤液，固体产物用去离子水洗涤，干燥，得到复合掺杂的fe3o4@c微球；
[0265]
3)制备增强保护合金粉末：
[0266]
将步骤2)制备的复合掺杂的fe3o4@c微球在氢气气氛中、于1800℃下反应25min；然后降温至1480℃，在氩气气氛中保温3h，得到增强保护合金熔液，然后采用雾化制粉工艺制备得到增强保护合金粉末；
[0267]
其中，雾化制粉工艺具体为：利用氮气保护雾化制粉技术制备合金粉末材料，所需雾化介质为氮气，合金溶液流动速率为0.8kg/min。
[0268]
对比例6
[0269]
本例与实施例1基本相同，以下仅列出不同之处。
[0270]
本例中的增强保护合金粉末通过以下步骤制备得到：
[0271]
1)制备羧基化fe3o4微球：
[0272]
将8.4g六水合氯化铁、15.6g醋酸钠加入120ml乙二醇中，搅拌60min后，将得到的混合液转移至反应釜中，210℃下反应8h，待反应产物冷却至室温，离心，弃滤液，固体产物用去离子水洗涤，干燥，得到羧基化fe3o4微球；
[0273]
2)水热法合成复合掺杂的fe3o4@c微球；
[0274]
2-1)将5g步骤1)制备的羧基化fe3o4微球、1.83g壳聚糖、钛酸异丙醇、2.0g二巯基丁二酸加入300ml乙醇溶液中，搅拌2h，得到分散液a；
[0275]
2-2)将硝酸铈、硝酸铝、正丁醇铌加入200ml乙醇水溶液中，搅拌45min，得到分散液b；
[0276]
其中，乙醇水溶液中，乙醇与去离子水按照体积比为1:1；
[0277]
其中，按照钛元素：铝元素：铈元素：铁元素的质量比为15.2：9.5：1.6：68.6的比例添加钛酸异丙醇、硝酸铝、硝酸铈；
[0278]
2-3)将分散液2加入分散液1中，超声分散60min，得到前驱液；
[0279]
2-4)将前驱液转移至反应釜中，220℃下反应8h，反应产物冷却至室温，离心，弃滤液，固体产物用去离子水洗涤，干燥，得到复合掺杂的fe3o4@c微球；
[0280]
3)制备增强保护合金粉末：
[0281]
将步骤2)制备的复合掺杂的fe3o4@c微球在氢气气氛中、于1800℃下反应25min；然后降温至1480℃，在氩气气氛中保温3h，得到增强保护合金熔液，然后采用雾化制粉工艺制备得到增强保护合金粉末；
[0282]
其中，雾化制粉工艺具体为：利用氮气保护雾化制粉技术制备合金粉末材料，所需雾化介质为氮气，合金溶液流动速率为0.8kg/min。
[0283]
性能检测与表征
[0284]
为便于进行比较以及对本发明进行进一步说明，采用实施例1-3和对比例1-6的工艺制备尺寸一致的若干测试试样(例如长度200mm、直径15mm的拉伸测试试样，长*宽*高＝100mm*80mm*20mm的硬度测试试样)，以进行如下性能测试。
[0285]
1、参照图2，为对实施例1制备的试样表面的熔覆层的xrd图谱，通过图谱分析可知，熔覆层中的主要元素包括有fe、al、c、ti、ce、nd，其中有大量的tic、tial、ti3al、tialc相的形成。
[0286]
2、参照图3，为实施例1的试样表面的熔覆层沿厚度方向的显微硬度测试结果(图中depth表示由表层向基体内部的深度)；从图2可以看出，熔覆层表面最高硬度为1340hv
0.1
左右，熔覆层厚度约为650um，熔覆层的平均硬度约为830hv
0.1
；650um以下为合金钢基体，其
硬度为380hv
0.1
，熔覆层能够显著提升合金钢基体的表面硬度。
[0287]
3、参照图4，为实施例1和对比例1、对比例2的试样在550℃下保温不同时间的硬度测试结果；可以看出实施例1相比于对比例1和2具有更高的硬度和更高的高温强度。
[0288]
4、对实施例1-3和对比例1-6的试样进行室温下的拉伸性能和硬度检测
[0289]
(1)拉伸性能检测：测试标准gb/t28-2002《金属材料室温拉伸试验方法》
[0290]
(2)硬度检测：采用显微维氏硬度计检测。
[0291]
(3)耐磨性能检测：采用mft-5000摩擦磨损试验机进行测试，对磨材料sic、载荷50n，磨损时间45min，测量500℃下的磨损体积。
[0292]
测试结果如下表1所示：
[0293]
表1
[0294][0295]
从上表1的结果可以看出，实施例1-3制备的试样具有较高的机械强度以及优异的高温耐磨性能和较高的硬度，综合性能优异。对比例1中未进行激光熔覆处理，表面硬度和耐磨性能大幅度下降；对比例2中的增强保护合金粉是采用各原料粉末直接熔炼、雾化制粉制备，熔覆层中的增强相的量以及均匀分散程度过低，导致表面硬度和耐磨性能显著下降；对比例3中的增强保护合金粉中直接添加了碳化钛，但其与铁基体润湿性差、难分散，导致其补强效果难以充分发挥，改善效果有限；而从对比例4-6与实施例1的结果对比可以说明，增强保护合金粉中的铝、铈、铌的添加对熔覆层硬度、耐磨性能的增强效果起到了显著的提升作用。
[0296]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

技术特征：
1.一种高性能紧固件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、冶炼制备高性能合金钢铸锭，所述高性能合金钢铸锭包括按质量百分比计的以下成分：w：1.51-3.44％，ni：5.10-9.35％，co：0.81-2.75，cr：0.52-1.83％，mn：0.21-0.65％，mo：0.11-0.34％，v：0.15-0.28％，cu：0.23-0.41％，c：0.20％-0.43％，b：0.01-0.07％，la：0.05-0.16％，余量为fe及不可避免的杂质元素；s2、将高性能合金钢铸锭模锻成型，粗加工成紧固件毛坯；s3、对紧固件毛坯进行热处理；s4、进行时效处理；s5、采用增强保护合金粉末对时效处理后的紧固件毛坯表面进行激光熔覆处理，得到紧固件粗产品；s6、对紧固件粗产品进行精加工处理，制得高性能紧固件。2.根据权利要求1所述的高性能紧固件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、冶炼制备高性能合金钢铸锭，所述高性能合金钢铸锭包括按质量百分比计的以下成分：w：1.51-3.44％，ni：5.10-9.35％，co：0.81-2.75，cr：0.52-1.83％，mn：0.21-0.65％，mo：0.11-0.34％，v：0.15-0.28％，cu：0.23-0.41％，c：0.20％-0.43％，b：0.01-0.07％，la：0.05-0.16％，余量为fe及不可避免的杂质元素；s2、将高性能合金钢铸锭在950-1120℃下进行锻打，在800-880℃终锻成型，锻后空冷至350-420℃，保温6h；然后以35-45℃/min的速率升温至900-1200℃，保温0.5-3h，空冷至室温；s3、对紧固件毛坯进行热处理：将紧固件毛坯于800-920℃下保温2-6h，降温至550-780℃，保温4-10h，然后空冷至室温；s4、进行时效处理：加入时效处理炉中，120-150℃下保温2-8h，空冷至室温；s5、采用增强保护合金粉末对时效处理后的紧固件毛坯表面进行激光熔覆处理，得到紧固件粗产品；s6、按照设计尺寸对紧固件粗产品进行精加工处理，制得高性能紧固件。3.根据权利要求2所述的高性能紧固件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、按照重量配比称取原料，然后将所有原料加入真空感应炉中熔炼，然后进行lf精炼、脱气，得到的合金熔液浇铸，制得所述高性能合金钢铸锭；所述高性能合金钢铸锭包括按质量百分比计的以下成分：w：1.51-3.44％，ni：5.10-9.35％，co：0.81-2.75，cr：0.52-1.83％，mn：0.21-0.65％，mo：0.11-0.34％，v：0.15-0.28％，cu：0.23-0.41％，c：0.20％-0.43％，b：0.01-0.07％，la：0.05-0.16％，余量为fe及不可避免的杂质元素；s2、将高性能合金钢铸锭在1050℃下进行锻打，在860℃终锻成型，锻后空冷至380℃，保温6h；然后以40℃/min的速率升温至950℃，保温1h，空冷至室温；s3、对紧固件毛坯进行热处理：将紧固件毛坯于880℃下保温3h，降温至650℃，保温6h，然后空冷至室温；s4、进行时效处理：加入时效处理炉中，135℃下保温4h，空冷至室温；
s5、采用增强保护合金粉末对时效处理后的紧固件毛坯表面进行激光熔覆处理，得到紧固件粗产品；s6、按照设计尺寸对紧固件粗产品进行精加工处理，制得高性能紧固件。4.根据权利要求3所述的高性能紧固件的制备方法，其特征在于，所述高性能合金钢铸锭包括按质量百分比计的以下成分：w：2.17％，ni：7.25％，co：1.34％，cr：1.28％，mn：0.44％，mo：0.19％，v：0.22％，cu：0.31％，c：0.35％，b：0.03％，la：0.08％，余量为fe及不可避免的杂质元素。5.根据权利要求1所述的高性能紧固件的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中，激光熔覆的工艺参数为：激光功率为1.0-4.5kw，束斑直径为0.8-4.2mm，扫描速率为5-20mm/s，扫描方式为单层条状往复扫描；使用气动同步送粉器进行送粉，送粉气体为氮气，送粉量为25-80g/min；采用氩气作为保护气体，保护气体流量为3-14l/min。6.根据权利要求5所述的高性能紧固件的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中，激光熔覆的工艺参数为：激光功率为2.8kw，束斑直径为2.5mm，扫描速率为15mm/s，扫描方式为单层条状往复扫描；使用气动同步送粉器进行送粉，送粉气体为氮气，送粉量为50g/min；采用氩气作为保护气体，保护气体流量为10l/min。7.根据权利要求1所述的高性能紧固件的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中的增强保护合金粉末通过以下步骤制备得到：1)制备羧基化fe3o4微球：将4.2-18.5g六水合氯化铁、6.5-25.0g醋酸钠加入80-250ml乙二醇中，搅拌30-90min后，将得到的混合液转移至反应釜中，160-255℃下反应4-12h，待反应产物冷却至室温，离心，弃滤液，固体产物用去离子水洗涤，干燥，得到羧基化fe3o4微球；2)水热法合成复合掺杂的fe3o4@c微球；2-1)将2-10g所述步骤1)制备的羧基化fe3o4微球、0.91-3.55g壳聚糖、钛酸异丙醇、0.6-4.5g二巯基丁二酸加入150-400ml乙醇溶液中，搅拌1-5h，得到分散液a；2-2)将硝酸铈、硝酸铝、正丁醇铌加入100-300ml乙醇水溶液中，搅拌30-90min，得到分散液b；其中，乙醇水溶液中，乙醇与去离子水按照体积比为1:1；2-3)将分散液2加入分散液1中，超声分散30-90min，得到前驱液；2-4)将前驱液转移至反应釜中，190-240℃下反应6-12h，反应产物冷却至室温，离心，弃滤液，固体产物用去离子水洗涤，干燥，得到复合掺杂的fe3o4@c微球；3)制备增强保护合金粉末：将所述步骤2)制备的复合掺杂的fe3o4@c微球在氢气气氛中、于1750-2250℃下反应15-40min；然后降温至1350-1650℃，在氩气气氛中保温2-6h，得到增强保护合金熔液，然后采用雾化制粉工艺制备得到增强保护合金粉末。8.根据权利要求7所述的高性能紧固件的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，按照钛元素：铝元素：铈元素：铌元素：铁元素的质量比为9.5-18.7：7.4-15.3：0.8-2.3:0.18-0.45:55.0-75.8的比例添加钛酸异丙醇、硝酸铝、硝酸铈和正丁醇铌。
9.根据权利要求7所述的高性能紧固件的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中的增强保护合金粉末通过以下步骤制备得到：1)制备羧基化fe3o4微球：将8.4g六水合氯化铁、15.6g醋酸钠加入120ml乙二醇中，搅拌60min后，将得到的混合液转移至反应釜中，210℃下反应8h，待反应产物冷却至室温，离心，弃滤液，固体产物用去离子水洗涤，干燥，得到羧基化fe3o4微球；2)水热法合成复合掺杂的fe3o4@c微球；2-1)将5g所述步骤1)制备的羧基化fe3o4微球、1.83g壳聚糖、钛酸异丙醇、2.0g二巯基丁二酸加入300ml乙醇溶液中，搅拌2h，得到分散液a；2-2)将硝酸铈、硝酸铝、正丁醇铌加入200ml乙醇水溶液中，搅拌45min，得到分散液b；其中，乙醇水溶液中，乙醇与去离子水按照体积比为1:1；2-3)将分散液2加入分散液1中，超声分散60min，得到前驱液；2-4)将前驱液转移至反应釜中，220℃下反应8h，反应产物冷却至室温，离心，弃滤液，固体产物用去离子水洗涤，干燥，得到复合掺杂的fe3o4@c微球；3)制备增强保护合金粉末：将所述步骤2)制备的复合掺杂的fe3o4@c微球在氢气气氛中、于1800℃下反应25min；然后降温至1480℃，在氩气气氛中保温3h，得到增强保护合金熔液，然后采用雾化制粉工艺制备得到增强保护合金粉末；所述增强保护合金粉末的成分按质量百分比计为：ti：15.2％，al：9.5％，c：5.1％，ce：1.6％，nb：0.38％，余量为fe及不可避免的杂质元素。10.一种高性能紧固件，其特征在于，其通过如权利要求1-9中任意一项所述的方法制备得到。

技术总结
本发明公开了一种高性能紧固件的制备方法及紧固件，该方法包括以下步骤：S1、冶炼制备高性能合金钢铸锭；S2、将高性能合金钢铸锭模锻成型，粗加工成紧固件毛坯；S3、对紧固件毛坯进行热处理；S4、进行时效处理；S5、采用增强保护合金粉末对时效处理后的紧固件毛坯表面进行激光熔覆处理，得到紧固件粗产品；S6、对紧固件粗产品进行精加工处理，制得高性能紧固件。本发明的高性能紧固件基体中通过成分的优化，能够提高基体的机械强度，进一步采用增强保护合金粉末，利用激光熔覆在紧固件基体上形成熔覆层，该熔覆层与基体连接牢固，且熔覆层内含有大量分散均匀的TiC、TiAl等增强相，能够显著提升紧固件的表面硬度和耐磨性能。提升紧固件的表面硬度和耐磨性能。提升紧固件的表面硬度和耐磨性能。


技术研发人员：孙旭波 徐治国 赵粉花 许克琴
受保护的技术使用者：盐城腾鸿金属制品有限公司
技术研发日：2023.05.11
技术公布日：2023/9/20