電子束表面合金化工藝的製作方法
2023-05-22 21:59:56
專利名稱：電子束表面合金化工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子束表面合金化工藝及其應用，屬於材料表面改性技術領域。
近十幾年來，隨著用於表面淬火的雷射熱處理技術的出現，促使人們對電子束熱處理產生了同樣的興趣，從而形成了雷射和電子束表面強化的新領域。其中，表面合金化工藝是表面強化技術中最有前途的工藝方法，同時它的技術難度也最大。這種工藝可根據零件表面性能的要求，合理地選擇合金元素，從而在普通基材表面獲得特殊性能的合金層。它所帶來的經濟效益是大量地節約昂貴的合金材料，同時，這項工藝的優點還表現在它的處理區域的高度局部性和合金粉末選擇的靈活性上。
在表面合金化技術領域，近幾年的研究，多集中在以雷射作為高密度能量源的表面合金化工藝方面。這種以雷射為高密度能量源的表面合金化技術，存在著以下問題，首先，現有的雷射表面合金化研究，多採用單光束斑，由於束斑的能量密度分布不均勻，難以獲得表面平整的合金層，另外，由於雷射寬帶掃描裝置尚未成熟，難以得到寬帶的硬質表面合金層，而且，雷射器的能量轉換效率低，只有10～15%，受雷射器功率及相關技術的限制，因此，雷射表面合金化技術，目前還處於實驗室基礎研究階段，還未進入實用化階段。
本發明的目的，是提供一種採用寬帶掃描方式的電子束為高密度能量源的表面合金化工藝方法，能夠獲得寬帶硬質合金層，並能實現高熔點硬質碳化物的合金化，從而可以用普通碳鋼製成具有各種特殊性能表面合金層的有實用價值的工件。
本發明工藝過程包括，基材表面合金粉末預塗敷方法，利用高密度能量源加熱的表面合金化過程。本發明的特徵是，所述的高密度能量源為採用寬帶掃描方式的電子束。
下面詳細陳述本發明的工藝過程。
一、合金粉末的配比及塗敷方法本發明工藝中，合金粉末可選擇鎳、碳化鉻、碳化鎢、碳化鈦粉末，對於高熔點的硬質碳化物粉末可按一定比例與熔點較低的鈷、鎳等包覆粉混合，以改善合金化工藝性能。基材為碳鋼，如45鋼、T10鋼、60鑄鋼等。
合金粉末的預塗敷方法為，將合金粉末與粘接劑混合，調成稀糊狀，一次均勻刷在試樣表面，塗層厚度為0.1～0.2毫米。粘接劑一般採用無機粘接劑。
二、電子束合金化工藝及參數電子束表面合金化工藝參數，包括功率、電子束斑尺寸，工件移動速度等。影響這些電參數的主要因素是基材和粉末的物理特性(特別是熔點)，和塗層厚度。基材和合金粉末的熔點越高，電子束合金化所需功率密度相應就要高。塗層厚時，功率密度要低，工件移動速度要慢。可一般，電子束表面合金化工藝參數範圍在功率0.5～2.5KW，束斑尺寸(3～9)×(5～10)毫米，工件移動速度4～10毫米/秒。對於不同的基材、合金粉末塗層在上述範圍內均存在一個適宜的參數組合。
本發明電子束表面合金化工藝，由於採用了電子束作為高密度能量源，能量轉換率高，(達90%)，且能獲得實用的表面合金化材料，具有重大的經濟和社會效益。
下面給出本發明應用於三種不同基材的具體實施例，包括優化的工藝參數及效果。
實施例一基材45鋼，表面塗敷層為WC和TiC的混合粉，功率1.5～2.5KW，束斑尺寸4×4～6×6(mm)，移動速度4～10mm/S，試樣尺寸(寬×厚)10×40(mm)。
試驗結果，表面得到平整的合金層，合金層深0.5～0.8mm，表面顯微硬度HV 1000～1200。
實施例二用電子束表面合金化技術提高料道的使用壽命。
料道為臥式自動螺母攻絲機中配對攻絲模。使用時要求工作面具有很強的耐磨損性能。一般採用T10鋼經常規熱處理後使用，平均壽命僅為一個月。
電子束表面合金化處理是先將常規熱處理後料道清洗去油，用已調成糊狀的鈷包碳化鎢粉(WC/Co)粉刷在零件工作面上，自然乾燥24小時以後，進行電子束處理，工藝參數為，功率0.6～1.4KW，束斑尺寸5×3～7×9mm，工件移動速度為4～10mm/S。
料道經上述電子束表面合金化工藝處理後，表面形成一層0.5mm左右厚的高性能合金層，硬度可達HV1000以上，比常規熱處理硬度提高HV200左右。由於表面合金化層硬度提高，並且含有大量的含鎢合金碳化物，耐磨性能大大提高，經使用壽命考核，比常規料道可提高10倍以上。
實施例三用電子束表面合金化技術，提高導咀的使用壽命。
導咀是線材軋機上的重要部件之一。它在高溫(1200℃)高速摩擦的條件下工作。現有導咀材料為60鑄鋼，平均使用壽命只有5～6小時。
導咀電子束表面合金化工藝為，合金化粉末採用鈷包碳化鎢粉(WC/Co)，工藝過程為，先將導咀清洗去油，工作面上塗上調好的糊狀WC/Co粉，室溫乾燥48小時，然後在工作面上並排處理四條寬9mm的電子束合金帶。工藝參數為，功率1.5～2.0KW，束斑尺寸5×5～9×9mm，移動速度4～6mm/S。
經電子束表面合金化處理的導咀，合金層的硬度在HV 1000以上，耐磨性能顯著提高，使用時鋼絲拉毛及粘鋼現象大為減少，平均使用壽命提高到24小時以上，是原來的4～5倍。
權利要求
1.一種電子束表面合金化工藝方法，以碳鋼為基材在基材表面塗敷合金粉末，用高密度能量源，加熱表面，實現基材的表面合金化，本發明的特徵是，所述的高密度能量源為採用寬帶掃描方式的電子束。
2.按照權利要求1所述的表面合金化工藝方法，其特徵是，所述的合金粉末為鎳、鉻、鎢、鈦、鈷及它們的碳化物，其塗敷方法是，用無機粘接劑，將合金粉末調成糊狀，刷在基材表面;乾燥後，用電子束加熱表面，電子束的工藝參數為功率0.5～2.5KW，電子束斑的尺寸為(3～9)×(5×10)mm，基材表面移動速度為4～10mm/S。
3.按照權利要求2所述的表面合金化工藝方法，其特徵是，所述的基材為45鋼，表面塗敷層為WC和TiC混合粉，電子束功率1.5～2.5KW，束斑尺寸4×4～6×6(mm)，移動速度4～10mm/S。
4.按照權利要求2所述的表面合金化工藝方法，其特徵是，所述的基材為T10鋼，表面塗敷層為鈷包碳化鎢粉，電子束功率為0.6～1.4KW，束斑尺寸3×5～7×9mm，移動速度為4～10mm/S。
5.按照權利要求2所述的表面合金化工藝方法，其特徵是，所述的基材為60鑄鋼，表面塗敷層為鈷包碳化鎢粉，電子束功率為1.5～2.0KW，束斑尺寸5×5～9×9mm，移動速度4～6mm/S。
全文摘要
本發明涉及一種電子束表面合金化工藝及其應用，屬於材料表面強化技術領域。本發明工藝方法，包括在基材表面塗敷合金粉末，利用電子束加熱實現表面合金化。所述的基材為碳鋼，合金粉末為鎳、鉻、鎢、鈦、鈷及它們的碳化物粉，電子束工藝參數為功率0.5～2.5KW，束斑尺寸(3～9)×(5～10)mm，工件移動速度為4～10mm/s。本發明表面合金化工藝方法，可在普通碳鋼表面形成具有各種特殊性能的合金化層，具有巨大的經濟和社會效益。
文檔編號C23C24/10GK1054275SQ9010066
公開日1991年9月4日 申請日期1990年2月14日 優先權日1990年2月14日
發明者唐傳芳, 趙海鷗, 馮燕武 申請人:機械電子工業部北京機電研究所