專利名稱：電子束表面合金化工藝的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及電子束表面合金化工藝及其應用，屬于材料表面改性技術(shù)領域。
近十幾年來，隨著用于表面淬火的激光熱處理技術(shù)的出現(xiàn)，促使人們對電子束熱處理產(chǎn)生了同樣的興趣，從而形成了激光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(shù)中最有前途的工藝方法，同時它的技術(shù)難度也最大。這種工藝可根據(jù)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(jīng)濟效益是大量地節(jié)約昂貴的合金材料，同時，這項工藝的優(yōu)點還表現(xiàn)在它的處理區(qū)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(shù)領域，近幾年的研究，多集中在以激光作為高密度能量源的表面合金化工藝方面。這種以激光為高密度能量源的表面合金化技術(shù)，存在著以下問題，首先，現(xiàn)有的激光表面合金化研究，多采用單光束斑，由于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，由于激光寬帶掃描裝置尚未成熟，難以得到寬帶的硬質(zhì)表面合金層，而且，激光器的能量轉(zhuǎn)換效率低，只有10～15%，受激光器功率及相關技術(shù)的限制，因此，激光表面合金化技術(shù)，目前還處于實驗室基礎研究階段，還未進入實用化階段。
本發(fā)明的目的，是提供一種采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(zhì)合金層，并能實現(xiàn)高熔點硬質(zhì)碳化物的合金化，從而可以用普通碳鋼制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(fā)明工藝過程包括，基材表面合金粉末預涂敷方法，利用高密度能量源加熱的表面合金化過程。本發(fā)明的特征是，所述的高密度能量源為采用寬帶掃描方式的電子束。
下面詳細陳述本發(fā)明的工藝過程。
一、合金粉末的配比及涂敷方法本發(fā)明工藝中，合金粉末可選擇鎳、碳化鉻、碳化鎢、碳化鈦粉末，對于高熔點的硬質(zhì)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。
合金粉末的預涂敷方法為，將合金粉末與粘接劑混合，調(diào)成稀糊狀，一次均勻刷在試樣表面，涂層厚度為0.1～0.2毫米。粘接劑一般采用無機粘接劑。
二、電子束合金化工藝及參數(shù)電子束表面合金化工藝參數(shù)，包括功率、電子束斑尺寸，工件移動速度等。影響這些電參數(shù)的主要因素是基材和粉末的物理特性(特別是熔點)，和涂層厚度?；暮秃辖鸱勰┑娜埸c越高，電子束合金化所需功率密度相應就要高。涂層厚時，功率密度要低，工件移動速度要慢?？梢话悖娮邮砻婧辖鸹に噮?shù)范圍在功率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。對于不同的基材、合金粉末涂層在上述范圍內(nèi)均存在一個適宜的參數(shù)組合。
本發(fā)明電子束表面合金化工藝，由于采用了電子束作為高密度能量源，能量轉(zhuǎn)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(jīng)濟和社會效益。
下面給出本發(fā)明應用于三種不同基材的具體實施例，包括優(yōu)化的工藝參數(shù)及效果。
實施例一基材45鋼，表面涂敷層為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(jié)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(shù)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。一般采用T10鋼經(jīng)常規(guī)熱處理后使用，平均壽命僅為一個月。
電子束表面合金化處理是先將常規(guī)熱處理后料道清洗去油，用已調(diào)成糊狀的鈷包碳化鎢粉(WC/Co)粉刷在零件工作面上，自然干燥24小時以后，進行電子束處理，工藝參數(shù)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(jīng)上述電子束表面合金化工藝處理后，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(guī)熱處理硬度提高HV200左右。由于表面合金化層硬度提高，并且含有大量的含鎢合金碳化物，耐磨性能大大提高，經(jīng)使用壽命考核，比常規(guī)料道可提高10倍以上。
實施例三用電子束表面合金化技術(shù)，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(xiàn)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，合金化粉末采用鈷包碳化鎢粉(WC/Co)，工藝過程為，先將導咀清洗去油，工作面上涂上調(diào)好的糊狀WC/Co粉，室溫干燥48小時，然后在工作面上并排處理四條寬9mm的電子束合金帶。工藝參數(shù)為，功率1.5～2.0KW，束斑尺寸5×5～9×9mm，移動速度4～6mm/S。
經(jīng)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(xiàn)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(quán)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涂敷合金粉末，用高密度能量源，加熱表面，實現(xiàn)基材的表面合金化，本發(fā)明的特征是，所述的高密度能量源為采用寬帶掃描方式的電子束。
2.按照權(quán)利要求1所述的表面合金化工藝方法，其特征是，所述的合金粉末為鎳、鉻、鎢、鈦、鈷及它們的碳化物，其涂敷方法是，用無機粘接劑，將合金粉末調(diào)成糊狀，刷在基材表面;干燥后，用電子束加熱表面，電子束的工藝參數(shù)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(quán)利要求2所述的表面合金化工藝方法，其特征是，所述的基材為45鋼，表面涂敷層為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(quán)利要求2所述的表面合金化工藝方法，其特征是，所述的基材為T10鋼，表面涂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(quán)利要求2所述的表面合金化工藝方法，其特征是，所述的基材為60鑄鋼，表面涂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(fā)明涉及一種電子束表面合金化工藝及其應用，屬于材料表面強化技術(shù)領域。本發(fā)明工藝方法，包括在基材表面涂敷合金粉末，利用電子束加熱實現(xiàn)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(shù)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(fā)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(jīng)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(yōu)先權(quán)日1990年2月14日
發(fā)明者唐傳芳, 趙海鷗, 馮燕武 申請人:機械電子工業(yè)部北京機電研究所