一种45钢电子束表面合金化方法技术

本发明专利技术公开了一种45钢电子束表面合金化方法，包括有在45钢表面预置涂层以及采用连续型电子束扫描的步骤，其中，所述预置涂层的步骤为在45钢表面采用等离子热喷涂钨粉以形成喷涂粘结层；所述采用连续型电子束扫描的步骤为在已预置涂层的45钢表面进行电子束扫描以在45钢表面获得表面合金化改性层。本发明专利技术采用连续型电子束扫描技术与等离子热喷涂相结合的方法，利用连续型表面处理独特的优势制备以高性能合金化元素为增强相的新型中碳钢基复合材料，从而大大简化工序，降低成本，减少周转时间，通过制备高硬度、高耐磨和高耐腐蚀性的合金层以提高45钢表面性能和使用寿命。

An electron beam surface alloying method for 45 steel

The invention discloses a 45 steel electron beam surface alloying method, which includes the pre coating on the surface of 45 steel and steps, with the continuous scanning electron beam, the preset coating steps on the surface of 45 steel by plasma thermal spraying tungsten powder to form a coating adhesive layer; the use of continuous electronic beam scanning steps for electron beam scanning on the surface of 45 steel has been pre coated in the surface of 45 steel surface alloying layer. The invention adopts the method of continuous scanning electron beam and plasma thermal spray technology combining the unique advantages to prepare high performance of alloying elements in steel matrix composites reinforced by surface treatment using continuous type, which greatly simplifies the process, reduce the cost, reduce the turnaround time, through the preparation of high hardness, high wear resistance and high corrosion resistance of alloy layer on the surface of 45 steel in order to improve the performance and service life.

【技术实现步骤摘要】
一种45钢电子束表面合金化方法
本专利技术涉及金属材料表面改性
，尤其涉及一种45钢电子束表面合金化方法。
技术介绍
45钢作为中碳钢（含碳量0.25%～0.6%）的典型代表，具有良好的综合力学性能、易加工且价格低廉的特点，因而在工业中应用广泛。在实际工业生产中，主要应用于制造轴类、齿轮和一些主要受力部件，以及钢结构和吊机的制作。对中碳结构钢，工业上一般采用调质（淬火加高温回火）的处理方法。但是经过调质处理后，中碳结构钢表面硬度较低，往往难以达到要求，限制了其使用范围。因此对45钢进行表面改性处理，增强表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性，同时保持内部良好的塑韧性，成为碳钢在实际应用中研究的重点之一。目前，在钢件表面制备合金改性层是比较有效的方法，被广泛应用的表面合金化技术主要有几种：气相沉积技术、磁控溅射技术、激光束表面合金化技术、离子束表面合金化技术等。但这些方法具有技术成本高，操作复杂、完成周期长，效率较低，尤其是气相沉积等方法对环境也有较重的污染。连续型电子束扫描技术是近年来广泛应用的一种表面改性技术，具有瞬间加热材料表面，能量沉积时间短，能量吸收率高，可控性强，清洁无污染等一系列优点。国内外一些学者在金属材料的研究过程中使用电子束技术进行表面改性，重点关注电子束处理后材料机械性能的变化以及电子束与材料表面之间相互作用的热-应力偶合物理机制；与此相比，将连续型电子束扫描技术运用到表面合金化改性方面的研究尚不多见。
技术实现思路
针对以上不足，本专利技术的目的在于提供一种降低生产成本，提高效率同时缩短周转时间的45钢电子束表面合金化方法，以此提高45钢表面性能和使用寿命。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种45钢电子束表面合金化方法，包括有在45钢表面预置涂层以及采用连续型电子束扫描的步骤，其中，所述预置涂层的步骤为在45钢表面采用等离子热喷涂钨粉以形成喷涂粘结层；所述采用连续型电子束扫描的步骤为在已预置涂层的45钢表面进行电子束扫描以在45钢表面获得表面合金化改性层。作为本专利技术的改进，所述预置涂层的步骤中，等离子热喷涂钨粉的工艺参数为：喷涂电流：440-510A、喷涂电压：30-40V、喷涂距离：150-200mm、Ar气气压力：0.8-1.2MPa、H2气气压力：0.6-0.8MPa、送粉气压力：0.4-0.8MPa、送粉速率：15-20g/min、工件移动速度：45-60mm/min。作为本专利技术的改进，等离子热喷涂钨粉的工艺参数为：喷涂电流为460A、喷涂电压为35V、喷涂距离为150mm、Ar气气压力为0.9MPa、H2气气压力为0.8MPa、送粉气压力为0.6MPa、送粉速率18g/min、工件移动速度50mm/min。作为本专利技术的改进，所述预置涂层的步骤中，采用等离子热喷涂钨粉后形成的喷涂粘结层的厚度为20-40µm。作为本专利技术的改进，所述采用连续型电子束扫描的步骤中，电子束扫描的工艺参数为：电子束电压：70Kv，束流：1-4mA，工件移动速度：30-60mm/min，扫描频率：100-300Hz。作为本专利技术的改进，所述采用连续型电子束扫描的步骤中，电子束扫描的工艺参数为：电子束电压：70Kv，束流：2mA，工件移动速度：50mm/min，扫描频率：100Hz。本专利技术采用的预置涂层为金属钨层，钨的硬度很高，钨的密度接近黄金，因而能提高钢的强度、硬度和耐磨性，是一种重要的合金元素，被广泛应用于各种钢材的生产中，常见的含钨钢材有高速钢、钨钢以及具有高的磁化强度和矫顽磁力的钨钴磁钢等，这些钢材主要用于制造各种工具，如钻头、铣刀、拉丝模、阴模和阳模等。钨在钢中可溶于铁素体、奥氏体和碳化物中，它是缩小奥氏体相区的元素。钨与铁、碳形成复合的渗碳体，也可以形成钨的特殊碳化物。钨可以提高钢的淬透性，提高钢的回火稳定性，还可以起到细化晶粒的作用。本专利技术采用连续型电子束扫描诱发合金化，扫描过程中能够瞬间加热材料表面，能量沉积时间短，能量吸收率高，扫描过后能使材料表面瞬间熔融和快速凝固，使基体和合金涂层同时发生融化而产生冶金结合，从而在45钢表面形成一层高性能、分布均匀的合金化改性层。连续型电子束扫描具备能量密度高、瞬时加热等特点，可使基体与涂层同时融化实现冶金结合，从而解决了涂层与基体结合力的问题，在提高材料耐腐蚀性能方面也有显著效果。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术采用连续型电子束扫描技术与等离子热喷涂相结合的方法，利用连续型表面处理独特的优势制备以高性能合金化元素为增强相的新型中碳钢基复合材料，从而大大简化工序，降低成本，减少周转时间。2、第一目前连续型电子束扫描技术已应用于部分有色金属材料的表面合金化，如镁合金强留脉冲电子束表面Al合金化，提高耐腐蚀性；而钢件多采用如机械研磨（机械合金化）、强烈的塑性变形、超快速的表面淬火等方法来实现表面合金化，本专利技术采用连续型电子束扫描技术与表面等离子热喷涂相结合的方法在生产成本和生产周期以及效率方面占据了独特的优势。3、连续型电子束扫描技术作为一种极限加工技术，能瞬间加热材料表面，能量沉积时间短（µs级），扫描处理后使材料表面快速冷却，产生诸如快速凝固、气化、热应力、冲击波和增强扩散等物理化学现象，从而在钢件材料表面得到一层高性层，扩散深度大且分布均匀的合金层，从而提高材料表面强度，耐腐蚀性也会得到显著的提高。4、本专利技术将等离子热喷涂与连续型电子束扫描技术结合起来，以及通过合理的工艺步骤以及工艺参数，从而获得了高硬度、高耐磨和高耐腐蚀性的表面合金化改性层。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本专利技术电子束表面合金化后形成的表面改性层扫描电子显微分析图；图2为本专利技术电子束表面合金化后形成的表面改性层EDS能谱图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1本实施例提供一种45钢电子束表面合金化方法。本实施例提供的45钢电子束表面合金化方法：第一步表面预处理：选用市售普通工业中碳钢45钢，利用电火花线切割成40×40×40mm的立方体样品作为基体；使用金相砂纸对样品表面进行打磨处理，使用无水乙醇清洗后抛光，其中打磨采用的砂纸依次400、800、1200、2000目砂纸，抛光采用的金刚石抛光粒度为0.5µm，抛光至45钢基体样品待处理表面没有明显划痕，最后使用无水乙醇清洗备用。第二步预置涂层：采用等离子喷涂设备，在45钢基体上喷涂粘结层；由于基体表面存在油污和杂质，喷涂前先用丙酮进行清洗，再对基体表面喷砂，增加基体表面粗糙度，也提高涂层与基体的结合力，喷砂材料为24目白钢玉砂，喷砂压力为0.6MPa，喷砂距离200mm，最终基体表面粗糙度为4µm；然后将45钢基体放在等离子喷涂设备上，将钨粉粉末放入送粉器中，采用外部转盘式送粉器送粉，进行等离子喷涂，工艺参数为：喷涂电流为460A、喷涂电压为35V、喷涂距离为150mm、Ar气气压力为0.9MPa、H本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种45钢电子束表面合金化方法，其特征在于，包括有在45钢表面预置涂层以及采用连续型电子束扫描的步骤，其中，所述预置涂层的步骤为在45钢表面采用等离子热喷涂钨粉以形成喷涂粘结层；所述采用连续型电子束扫描的步骤为在已预置涂层的45钢表面进行电子束扫描以在45钢表面获得表面合金化改性层。

【技术特征摘要】
1.一种45钢电子束表面合金化方法，其特征在于，包括有在45钢表面预置涂层以及采用连续型电子束扫描的步骤，其中，所述预置涂层的步骤为在45钢表面采用等离子热喷涂钨粉以形成喷涂粘结层；所述采用连续型电子束扫描的步骤为在已预置涂层的45钢表面进行电子束扫描以在45钢表面获得表面合金化改性层。2.根据权利要求1所述的45钢电子束表面合金化方法，其特征在于，所述预置涂层的步骤中，等离子热喷涂钨粉的工艺参数为：喷涂电流：440-510A、喷涂电压：30-40V、喷涂距离：150-200mm、Ar气气压力：0.8-1.2MPa、H2气气压力：0.6-0.8MPa、送粉气压力：0.4-0.8MPa、送粉速率：15-20g/min、工件移动速度：45-60mm/min。3.根据权利要求2所述的45钢电子束表面合金化方法，其特征在于，等离子热喷涂钨粉的工艺参数为：喷涂电流为46...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏德强，任旭隆，王荣，王优，王晓冰，李圣，吕少鹏，崔月，崔弘阳，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45