[发明专利]一种45钢电子束表面合金化方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料表面改性技术领域，尤其涉及一种45钢电子束表面合金化方法。

背景技术

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。

发明内容

针对以上不足，本发明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，本发明采用如下技术方案：

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。

作为本发明的改进，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。

作为本发明的改进，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。

作为本发明的改进，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。

作为本发明的改进，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。

作为本发明的改进，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。

本发明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。

本发明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，本发明的有益效果是：