一种高铝粉煤灰活性剂及其在B‑C‑S共渗层氩弧重熔中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种高铝粉煤灰活性剂及其在B‑C‑S共渗层氩弧重熔中的应用，属于钨极氩弧焊技术领域。所述的高铝粉煤灰复合活性剂为在脱碳处理后的高铝粉煤灰中加入分析纯级的SiO

A kind of high alumina fly ash active agent and B C in S carbonitriding layer application of argon arc remelting

The invention discloses a high alumina fly ash active agent and B C in S carbonitriding layer application of argon arc remelting process, which belongs to the technical field of TIG welding. The high alumina fly ash composite active agent is a pure grade SiO which is added into the high alumina fly ash after decarbonization treatment

【技术实现步骤摘要】
一种高铝粉煤灰活性剂及其在B-C-S共渗层氩弧重熔中的应用
本专利技术属于钨极氩弧焊
，具体涉及一种在B-C-S共渗层表面涂覆高铝粉煤灰复合活性剂制备活性氩弧重熔层的方法。
技术介绍
钨极氩弧焊(TIG)是在惰性气体氩气、氦气或氦氩混合气体的保护下利用钨电极与工件之间产生的电弧融化母材和填充焊丝(如果使用填充焊丝)的一种焊接方法。钨极氩弧焊具有以下优点：惰性气体可以起到保护焊件作用，表面产生的氧化膜可以被电弧自动清理；电弧能量集中且稳定，易于引弧，适用于薄板材料的焊接；作业条件好，操作简单，易于实现自动化；适用范围广。但也有一些不足之处:熔深浅，熔敷速率小，生产效率低；钨极载流的能力较差,电流过大钨极烧损严重，易对焊件造成污染；保护性气体价格较贵，增加生产成本；热影响区域大，局部退火导致工件变形、硬度降低、结合力较差等缺点；熔深较浅，对于较厚焊件需要开破口或采用多道焊接工艺，会造成咬边、弧坑、焊瘤，内部组织有针孔和内应力损伤等缺欠。活性氩弧焊(A-TIG焊)技术可以改善由TIG焊产生的缺欠。活性氩弧焊与常规氩弧焊不同的关键因素在于活性剂。目前，活性剂的研究主要集中在单组元，但多组元复合活性剂的优势更加明显，正日渐得到关注。粉煤灰由大量的氧化物组成，其Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、FeO总量占成分的95％以上，一般大于98％是理想的多组元复合活性剂原材料。但高铝粉煤灰的成分比较复杂，单一粉煤灰作为活性剂无法满足生产需求，因此需要对高铝粉煤灰进行适当的改性处理，以提高铝粉煤灰活性剂高附加值。同时将高铝粉煤灰复合活性剂应用于氩弧重熔技术中，从而优化传统氩弧重熔工艺，以期得到性能更加优异的重熔合金层，提高生产效率，节约能源，降低生产成本，使资源得到有效利用。重熔处理是利用热源将材料表层及强化合金熔化，产生的液相有助于扩散过程的强化和成分的渗透，优化合金层的组织结构，减少或消除组织缺陷，提高合金层与基体材料的结合强度。采用适当的重熔处理，可以改善合金层与基体间的结合强度和合金层内在质量，从而提高涂层的耐磨、耐蚀性。目前常见的是钨极氩弧重熔技术。钨极利用氩弧重熔技术在低碳钢表面制备硬度更高、耐磨性能更好的重熔合金层，例如镍基、钴基、铁基合金等自熔性合金层。参考文献[1](ChengFT,LoKH,ManHC.NiTicladdingonstainlesssteelbyTIGsurfacingprocessPartI.Cavitation)利用TIG焊接方法在不锈钢表面制备Ni-Ti合金层，其显微硬度约为750HV，耐腐蚀性能是母材的10倍。参考文献[2](彭军波,陈冰泉,邓旅成.45钢氩弧表面强化及其灰关联分析[J].武汉交通科技大学学报,2000,24(1):86-88)利用氩弧重熔工艺，在45#钢表面制备堆焊合金层，提高了表面硬度及耐磨性。重熔处理可以消除渗层内部的针状结构、杂质和气孔等，细化渗层组织，同时渗层与基体材料之间形成冶金结合，增强了界面的结合强度，提高了渗层的硬度、耐磨性和耐蚀性等，改变了单一化学热处理工艺存在的局限和不足。然而，渗层重熔工艺还存在一些亟待解决的问题，如渗层结构和成分的设计与优化、重熔工艺参数的选取及如何避免过高热能量导致的渗层元素烧损等。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术将活性氩弧焊和氩弧重熔技术结合，称其为活性氩弧重熔技术，即在材料的表面涂覆一层活性剂，再进行氩弧重熔制备表面强化合金层。本专利技术将高铝粉煤灰复合活性剂应用于Q235钢B-C-S共渗层氩弧重熔工艺中，使B-C-S共渗层成分更加均匀，消除缺陷，提高渗层与基体的结合强度，从而改善材料表面硬度、耐磨、耐蚀性，进而提高机械零部件的使用寿命。本专利技术的第一个目的是提供一种高铝粉煤灰复合活性剂，所述的高铝粉煤灰复合活性剂为在脱碳处理后的高铝粉煤灰中加入分析纯级的SiO2、TiO2、Si和CeO2形成，其中，高铝粉煤灰复合活性剂中加入的SiO2的质量分数为8～35％，TiO2的质量分数为4～14％，Si的质量分数为1～5％，CeO2的质量分数为1～6％，优选的，加入的SiO2质量分数为31.90％，TiO2质量分数为4.01％，Si质量分数为1.42％，CeO2质量分数为2.73％。所述的高铝粉煤灰中SiO2质量分数为35.4％，Al2O3的质量分数为48.5％。本专利技术的另一个目的是提供一种所述的高铝粉煤灰复合活性剂在B-C-S共渗层表面的活性氩弧重熔层的制备中的应用，所述的活性氩弧熔覆层的制备包括有下列步骤：第一步：高铝粉煤灰复合活性剂的制备；选择高铝粉煤灰为主要活性剂组元，先对高铝粉煤灰进行脱碳处理，再向脱碳处理后的高铝粉煤灰中加入SiO2、TiO2、Si和CeO2形成高铝粉煤灰复合活性剂。所述的高铝粉煤灰复合活性剂中加入的SiO2的质量分数为8～35％，TiO2的质量分数为4～14％，Si的质量分数为1～5％，CeO2的质量分数为1～6％，其余为脱碳处理后的高铝粉煤灰。所述的脱碳处理参数为：温度750℃，时间2h。第二步：包埋渗制备B-C-S共渗层；将预处理的基体试样与B-C-S渗剂装入共渗罐中，用粘土水玻璃密封共渗罐，在DHG-9076A烘干箱中烘干；将烘干的共渗罐放入SX2-8-10中温箱式电阻炉中包埋渗，在预处理后的基体试样表面制得B-C-S共渗层。所述的B-C-S渗剂由渗剂、催渗剂和填充剂经烘干研磨后均匀混合制得。所述的渗剂包括B4C、FeS和SC固体渗碳剂，所述的催渗剂包括KBF4、NH4Cl、硫脲和CeO2，所述的填充剂为Al2O3。所述的B-C-S渗剂中各组分的质量分数为：B4C为5％、FeS为10％、SC固体渗碳剂为20％、KBF4为5％、NH4Cl为5％、硫脲为1％、CeO2为3％、Al2O3为51％。所述包埋渗的工艺参数为：升温速度小于3℃/min，550℃保温7h，900℃保温12h。第三步：B-C-S共渗层表面涂覆高铝粉煤灰复合活性剂；将高铝粉煤灰复合活性剂与丙酮溶液混合形成悬浊液，用刷子将悬浊液均匀涂于B-C-S共渗层表面，待丙酮挥发后开始焊接。第四步：B-C-S共渗层表面制备活性氩弧重熔层；采用活性氩弧重熔工艺，在预热处理的B-C-S共渗层表面制备活性氩弧重熔层。所述的活性氩弧重熔工艺的参数为：钨极直径为2.0mm，钨极材料为铈钨极，钨极尖角为45°，8#陶瓷喷嘴，电弧长度为3mm，氩气流量为7L/min，焊接电流为100～190A，焊接速度为80～170mm/min。进一步优选为：焊接电流为140A，焊接速度为110mm/min。所述的B-C-S共渗层表面预热处理的温度为200℃，时间为1h。本专利技术具有的优点在于：1、采用高铝粉煤灰为主要原料制备高效环保型A-TIG焊活性剂，可实现粉煤灰的高效、经济和环保应用，为粉煤灰的高附加值利用开辟了新途径和新方法。2、活性氩弧重熔技术是活性氩弧焊技术和氩弧重熔技术的结合，可大幅提高氩弧焊工作效率。3、本专利技术提供的高铝粉煤灰复合活性剂用于制备活性氩弧重熔层可以显著提高重熔层的显微硬度、耐磨性能、耐冲蚀性能以及耐腐蚀性能。附图说明图1A、1B、1C分别为无活性剂、纯高铝粉煤灰活性剂和高铝粉煤灰活性剂添加情况下得到的熔池截面形貌图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高铝粉煤灰复合活性剂，其特征在于：包括脱碳处理后的高铝粉煤灰，加入的SiO

【技术特征摘要】
2016.01.18 CN 20161002878861.一种高铝粉煤灰复合活性剂，其特征在于：包括脱碳处理后的高铝粉煤灰，加入的SiO2、TiO2、Si和CeO2；所述的加入的SiO2的质量分数为8～35％，TiO2的质量分数为3～14％，Si的质量分数为1～5％，CeO2的质量分数为1～6％，其余为脱碳处理后的高铝粉煤灰。2.根据权利要求1所述的一种高铝粉煤灰复合活性剂，其特征在于：所述的高铝粉煤灰复合活性剂中加入的SiO2的质量分数为20～35％，TiO2的质量分数为4～10％，Si的质量分数为1～2％，CeO2的质量分数为1～3％，其余为脱碳处理后的高铝粉煤灰。3.根据权利要求1或2所述的一种高铝粉煤灰复合活性剂，其特征在于：所述的高铝粉煤灰复合活性剂中加入的SiO2质量分数为31.90％，TiO2质量分数为4.01％，Si质量分数为1.42％，CeO2质量分数为2.73％，其余为脱碳处理后的高铝粉煤灰。4.根据权利要求1所述的一种高铝粉煤灰复合活性剂，其特征在于：所述的脱碳处理后的高铝粉煤灰中SiO2质量分数为35.4％，Al2O3的质量分数为48.5％；所述的脱碳处理参数为：温度750℃，时间2h。5.一种高铝粉煤灰复合活性剂在B-C-S共渗层表面的活性氩弧重熔层的制备中的应用，其特征在于：包括有下列步骤，第一步：高铝粉煤灰复合活性剂的制备；先对高铝粉煤灰进行脱碳处理，再向脱碳处理后的高铝粉煤灰中加入SiO2、TiO2、Si和CeO2形成高铝粉煤灰复合活性剂；第二步：包埋渗制备B-C-S共渗层；将预处理的Q235基体试样与B-C-S渗剂装入共渗罐中，用粘土水玻璃密封共渗罐，在DHG-9076A烘干箱中烘干；将烘干的渗罐放入SX2-8-10中温箱式电阻炉中包埋渗，制得B-C-S共渗层；所述的B-C-S渗剂由渗剂、催渗剂和填充剂经烘干研磨后均匀混合制得；所述包埋渗的工艺参数为：升温速度小于3℃/min，550℃保温7h，900℃保温12h；第三步：B-C-S共渗层表面涂...

【专利技术属性】
技术研发人员：董世知，马壮，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，辽宁科技学院，
类型：发明
国别省市：辽宁,21