扫描电子束微熔抛光碳素钢的方法技术

本发明专利技术公开了一种扫描电子束微熔抛光碳素钢的方法，涉及碳素钢表面改性技术领域。本发明专利技术主要包括去除基体外层氧化层、对基体进行机械抛光、对基体进行表面清洗、真空电子束加工设备抽真空和参数设置以及对基体进行扫描电子束微熔抛光等步骤，通过对基体表面处理然后再使用真空电子束加工设备对基体进行扫描电子束微熔抛光，获得了表面粗糙度低、性能高的样品。本发明专利技术步骤简便、参数设置合理，在真空室中进行抛光处理，具有无氧化、方法简单、操作简单、效率高等优点，抛光后抛光层强硬度、耐磨性和耐腐蚀性能等都有所提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及碳素钢表面改性
，具体是一种扫描电子束微熔抛光碳素钢的方法。
技术介绍
目前对碳素钢表面抛光主要有以下几种方法：机械抛光、电解抛光、化学机械抛光、化学抛光、激光抛光等。机械抛光是目前工业生产中应用最为广泛的加工方法，将在很长一段时间内起着主导作用，但其速率较低，成本高，此外机械抛光产生的热量和振动会导致工件的加工硬化及内应力。电解抛光可以增加工件表面抗腐蚀性且成本低廉，主要应用于原始表面粗糙度较低的金属制品，如反射镜、不锈钢餐具、装饰品等。但电解抛光质量与电解液及电流电压的规范有关，需要经过大量实验获得，所以难以广泛应用。化学机械抛光引起的冲击与振动会使工件受损。激光抛光成本较高，难以大量投入实际生产。电子束抛光技术是21世纪以来出现的新型材料表面处理技术，它是用高能密的电子通过聚焦形成电子束轰击材料表面，使其表层熔化或蒸发从而获得粗糙度较低，机械性能较好的加工技术。传统抛光主要针对形状简单的平面进行，电子束抛光可以应用于曲面、轴承甚至孔的抛光中。是一种很有应用前景的新型材料表面加工技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于公开一种扫描电子束微熔抛光碳素钢的方法，其要求工艺简单、效率高、抛光性能良好、硬度高和耐磨性好。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种扫描电子束微熔抛光碳素钢的方法，包括如下步骤：步骤一、对碳素钢基体进行铣削加工以除去所述碳素钢基体的外层氧化层；步骤二、使用金相磨抛机对加工掉外层氧化层的所述碳素钢基体进行机械抛光，机械抛光后所述碳素钢基体的粗糙度为1.4~1.8μm；步骤三、用无水乙醇对所述碳素钢基体进行清洗，以除去机械抛光后所述碳素钢基体上所附着的杂质和颗粒；步骤四、将清洗后的所述碳素钢基体放置于真空电子束加工设备的真空室中，并对所述真空电子束加工设备的真空室进行抽真空处理，抽真空处理后所述真空室的真空度为10-3~10-1pa；步骤五、对所述真空电子束加工设备进行工艺参数设置，扫描电子束微熔抛光的工艺参数为：电子束加速电压50~70kV、电子束束流5~8mA、工作台移动速度1~5mm/min、电子束束斑直径1~10mm；工艺参数设置完成后使用所述真空电子束加工设备对所述碳素钢基体进行抛光。进一步地，步骤四中所述真空电子束加工设备的所述真空室的真空度为10-2pa。进一步地，步骤五中所述真空电子束加工设备的电子束加速电压60kV。进一步地，步骤五中所述真空电子束加工设备的电子束束流为6.5mA。进一步地，步骤五中所述真空电子束加工设备的工作台移动速为3mm/min。进一步地，步骤五中所述真空电子束加工设备的电子束束斑直径为4mm。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：电子束加工设备在真空室中进行扫描加热，通过控制扫描电压、扫描电流、束流频率以及工件移动速度等参数，获得接近光速的电子。当高能电子束撞击工件表面时，电子与金属表面发生碰撞而失去动能，电子的动能转化为熔化材料的热能，在很短的加工时间内材料近表面区域积累大量的热能，材料表面温度迅速升至工件熔点，表层材料中低熔点的杂质甚至气化而被直接去除，从而起到提纯的作用，而基体的温度基本保持在室温。由于液态金属的流动性，熔融金属会向曲率较低的方向流动，直至表层液态金属各处曲率趋于一致，其过程中可填充表层材料的机械加工痕迹和凹坑，从而达到自抛光的效果。由于熔融金属快速与基体进行热交换，熔融区快速冷却产生“自淬火”的效果，会产生微小晶粒及固溶体，从而提高材料表面物理化学性能。本专利技术步骤简便、参数设置合理，在真空室中进行抛光处理，具有无氧化、方法简单、操作简单、效率高等优点，抛光后抛光层强硬度、耐磨性和耐腐蚀性能等都有所提高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，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为实施例1的工艺流程图；图2为实施例1获得的基体试样的电子显微镜形态图；图3为实施例2获得的基体试样的三维表面形貌图；图4为实施例3获得的基体试样的组织形貌图。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请参照图1，一种扫描电子束微熔抛光碳素钢的方法，包括如下步骤：步骤一、以65号退火钢作为碳素钢基体，对65号退火钢基体进行铣削加工以除去65号退火钢基体的外层氧化层。步骤二、使用金相磨抛机对加工掉外层氧化层的65号退火钢基体进行机械抛光，机械抛光后65号退火钢基体的粗糙度为1.470μm。步骤三、用无水乙醇对65号退火钢基体进行清洗，然后风干，以除去机械抛光后65号退火钢基体上所附着的杂质和颗粒。步骤四、将清洗后的65号退火钢基体放置于真空电子束加工设备的真空室中，并对真空电子束加工设备的真空室进行抽真空处理，抽真空处理后真空室的真空度为10-2pa。步骤五、对真空电子束加工设备进行工艺参数设置，扫描电子束微熔抛光的工艺参数为：电子束加速电压60kV、电子束束流5mA、工作台移动速度3mm/min、电子束束斑直径4mm；工艺参数设置完成后使用真空电子束加工设备对65号退火钢基体进行电子束抛光处理，得到65号钢的微熔抛光样品。图2给出了依据实施例1的方法制备的65号钢基体的微熔抛光样品在电子显微镜下的形态图，电子显微镜放大倍数为60倍，其中图示左侧（a圈所示）为扫描电子束微熔抛光层，右侧（b圈所示）为原始形貌。图2结果表明电子束微熔抛光处理的65号钢试样，表面机械划痕消除，无明显裂纹气孔，得到了很好的光滑表面形貌。原65号钢基体组织为珠光体+铁素体，经快速熔凝形成表面马氏体强化层。经测试分析证明，经过扫描电子束微熔抛光后，试样粗糙度由原始试样的1.470μm降低至0.624μm，表层硬度升至780~800HV0.2，是基体硬度的2.6~2.8倍，表面耐磨性是基体金属的3倍。实施例2一种扫描电子束微熔抛光碳素钢的方法，包括如下步骤：步骤一、以65号退火钢作为碳素钢基体，对65号退火钢基体进行铣削加工以除去65号退火钢基体的外层氧化层。步骤二、使用金相磨抛机对加工掉外层氧化层的65号退火钢基体进行机械抛光，机械抛光后65号退火钢基体的粗糙度为1.470μm。步骤三、用无水乙醇对65号退火钢基体进行清洗，然后风干，以除去机械抛光后65号退火钢基体上所附着的杂质和颗粒。步骤四、将清洗后的65号退火钢基体放置于真空电子束加工设备的真空室中，并对真空电子束加工设备的真空室进行抽真空处理，抽真空处理后真空室的真空度为10-2pa。步骤五、对真空电子束加工设备进行工艺参数设置，扫描电子束微熔抛光的工艺参数为：电子束加速电压60kV、电子束束流6.5mA、工作台移动速度3mm/min、电子束束斑直径4mm；工艺参数设置完成后使用真空电子束加工设备对65号退火钢基体进行电子束抛光处理，得到65号钢的微熔抛光样品。图3给出了依据实施例2的方法制备的65号钢基体的微熔抛光样品的三维表面形貌图，其中图3（a）为原始表面形貌，图3（b）为扫描电子束微熔抛光处理后的试样的表面形貌。依据图3，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扫描电子束微熔抛光碳素钢的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、对碳素钢基体进行铣削加工以除去所述碳素钢基体的外层氧化层；步骤二、使用金相磨抛机对加工掉外层氧化层的所述碳素钢基体进行机械抛光，机械抛光后所述碳素钢基体的粗糙度为1.4~1.8μm；步骤三、用无水乙醇对所述碳素钢基体进行清洗，以除去机械抛光后所述碳素钢基体上所附着的杂质和颗粒；步骤四、将清洗后的所述碳素钢基体放置于真空电子束加工设备的真空室中，并对所述真空电子束加工设备的真空室进行抽真空处理，抽真空处理后所述真空室的真空度为10‑3~10‑1pa；步骤五、对所述真空电子束加工设备进行工艺参数设置，扫描电子束微熔抛光的工艺参数为：电子束加速电压50~70kV、电子束束流5~8mA、工作台移动速度1~5mm/min、电子束束斑直径1~10mm；工艺参数设置完成后使用所述真空电子束加工设备对所述碳素钢基体进行抛光。

【技术特征摘要】
1.一种扫描电子束微熔抛光碳素钢的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、对碳素钢基体进行铣削加工以除去所述碳素钢基体的外层氧化层；步骤二、使用金相磨抛机对加工掉外层氧化层的所述碳素钢基体进行机械抛光，机械抛光后所述碳素钢基体的粗糙度为1.4~1.8μm；步骤三、用无水乙醇对所述碳素钢基体进行清洗，以除去机械抛光后所述碳素钢基体上所附着的杂质和颗粒；步骤四、将清洗后的所述碳素钢基体放置于真空电子束加工设备的真空室中，并对所述真空电子束加工设备的真空室进行抽真空处理，抽真空处理后所述真空室的真空度为10-3~10-1pa；步骤五、对所述真空电子束加工设备进行工艺参数设置，扫描电子束微熔抛光的工艺参数为：电子束加速电压50~70kV、电子束束流5~8mA、工作台移动速度1~5mm/min、电子束束斑直径1~1...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏德强，李新凯，高浩，卢健，王荣，钟盛，韦凤兰，王晓冰，王优，
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