一种粉煤灰活性剂及其在B‑C‑N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粉煤灰活性及其在B‑C‑N共渗层氩弧重熔中的应用，属于钨极氩弧焊技术领域。所述的粉煤灰复合活性剂为在脱碳处理后的高铝粉煤灰中加入SiO

【技术实现步骤摘要】
一种粉煤灰活性剂及其在B-C-N共渗层氩弧重熔中的应用
本专利技术属于钨极氩弧焊接
，具体涉及一种粉煤灰活性氩弧重熔Q235钢基体表面B-C-N共渗层及其制备方法。
技术介绍
活性钨极氩弧焊(简称A-TIG焊)技术是指在基体的表面涂上一层很薄的焊剂，进而增大了焊缝熔深的一种方法，A-TIG焊是一种新的控制焊接接头质量和焊缝熔深的有效工艺，A-TIG焊使用活性剂，既可保留TIG焊原有的焊接优势，在很大程度上增加了熔深，并且提高焊接效率、降低成本，使氩弧焊的使用范围扩大。A-TIG焊焊剂的研究主要建立在活性剂成分的基础上，针对不同的金属基材制定相应的焊剂成分及工艺参数，适用于低碳钢、不锈钢、有色合金等材料的活性剂已陆续研制出来，采用活性剂在低碳钢表面进行A-TIG焊，与常规TIG焊相比，能够获得更好的焊缝深宽比[参考文献：刘聪.Q235A碳钢活性A-TIG点焊的焊接性研究[J].黑龙江冶金,2011,31(3):7-10]。目前，针对碳钢、不锈钢、镁合金、铝合金及钛合金均已开发出了不同的焊接活性剂，已经确认可以用作活性焊剂的有SiO2、TiO2、NaCl、CaF2、Cr2O3、MgO和CaO等物质，但迄今为止，绝大多数学者均采用分析纯级别的上述物质进行研究。粉煤灰是煤经燃烧后排放的废料，主要是来自以煤粉为主要燃料的发电厂和供热的锅炉，我国每年粉煤灰渣的排放量很高，粉煤灰排放量逐渐增长，并导致占地和水资源严重浪费，并且由此产生的环境负荷也日益加重，严重地威胁着生态环境。但是粉煤灰所含的活性氧化物Al2O3、SiO2的含量超过70％，其它成分如MgO、CaO也均为活性氧化物，这为制备A-TIG焊接活性剂提供了可行性。钨极氩弧重熔是重熔技术的一种，钨极氩弧重熔是以钨棒为电极，氩气作为保护，通过电弧能量对工件表面或涂层进行强化的一种重熔方法。该方法工艺成本低，操作简单，易于普及，因此，在应用上具有很大的优势。目前，钨极氩弧重熔技术已被越来越多地应用于零部件的表面强化。在金属材料表面进行渗硼等其他元素可使材料表面具有更高的耐磨性、耐热蚀以及硬度等特殊物理性能。但是渗层通常具有较脆、磨裂倾向大、组织不均匀等缺陷，从而不能充分发挥材料的优异性能，采用钨极氩弧重熔工艺对渗层进行强化处理可以有效地消除渗层的一些缺陷。赵霞等[参考文献：赵霞,朱艳,徐家文.氩弧重熔对20G钢渗硼层组织结构和耐磨性能的影响[J].材料保护,2011,44(8):75-77]采用钨极氩弧重熔技术对20G钢的渗硼层进行处理，实验通过对渗硼层氩弧重熔前后的组织形貌、相的结构、微观硬度和耐磨性能进行对比分析，结果发现：经钨极氩弧重熔处理后，消除了FeB相，形成了Fe23(C,B)6和Fe2B相，硬度有所降低，硬度梯度变缓，但钨极氩弧重熔使渗硼层的耐磨性能得到有效地改善。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
本专利技术提供了一种粉煤灰活性氩弧重熔Q235钢基体表面B-C-N共渗层及其制备方法，涉及一种粉煤灰复合活性剂及其在B-C-N共渗层氩弧重熔中的应用。本专利技术以高铝粉煤灰为主要原料制备粉煤灰复合活性剂，同时，将粉煤灰复合活性剂与氩弧重熔工艺相结合，对B-C-N三元共渗层进行活性氩弧重熔，实现等量热输入条件下增大焊缝熔深，并且改善材料表面硬度、耐磨和耐蚀性，提高机械零部件的使用寿命。本专利技术以高铝粉煤灰为主要原料，SiO2、Cr2O3、NaF和Y2O3为辅助活性剂成分制备粉煤灰复合活性剂，所述的粉煤灰复合活性剂中各组分的质量百分含量为：90％～95％脱碳处理后的高铝粉煤灰和5％～10％的辅助活性剂；所述的辅助活性剂中，SiO2为14～15％、Cr2O3为58～59％，NaF为24～25％和Y2O3为2～3％。优选的，94.5％脱碳处理后的高铝粉煤灰、0.781％SiO2、3.252％Cr2O3、1.352％NaF和0.151％Y2O3。数据取舍处理后为，94.5％脱碳处理后的高铝粉煤灰、0.8％SiO2、3.2％Cr2O3、1.3％NaF和0.2％Y2O3。本专利技术提供的一种粉煤灰活性氩弧重熔Q235钢基体表面B-C-N共渗层的方法，具体包括如下步骤：第一步，基体材料的预处理；所述的基体材料为热轧态Q235钢。第二步，预处理基体表面制备B-C-N共渗层；将预处理的基体试样与B-C-N渗剂装入圆柱形低碳钢渗罐中，然后用黄泥密封，自然阴干；将阴干的渗罐放入SX2-8-10中温箱式电阻炉中包埋渗，制得B-C-N共渗层。所述包埋渗的工艺参数为：300℃保温1h，500℃保温5h，800℃保温1.5h，900℃保温12h。第三步，B-C-N共渗层表面涂覆一层粉煤灰复合活性剂；将粉煤灰复合活性剂与丙酮混合均匀，并用毛刷均匀涂于B-C-N共渗层表面。第四步，B-C-N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B-C-N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°，电弧长度为2～4mm，氩气流量为6.5～10L/min，焊接电流为80～200A，焊接速度为95～185mm/min。优选的，所述的焊接电流为180A，焊接速度为125mm/min。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粉煤灰复合活性剂，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B-C-N共渗试样、常规氩弧重熔试样和活性氩弧重熔试样的截面显微组织金相照片；图2A、2B分别为常规氩弧重熔试样和活性氩弧重熔试样的扫描电子显微镜图片；图3A、3B、3C分别为B-C-N共渗层、常规氩弧重熔层和活性氩弧重熔层的XRD图谱；图4为B-C-N共渗试样、常规氩弧重熔试样和活性氩弧重熔试样的表层显微硬度梯度曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术提供一种粉煤灰活性及其在B-C-N共渗层氩弧重熔中的应用，所述的粉煤灰活性剂是一种粉煤灰复合活性剂，所述的粉煤灰复合活性剂以高铝粉煤灰为主要原料，SiO2、Cr2O3、NaF和Y2O3为辅助活性剂成分。所述的高铝粉煤灰中Al2O3和SiO2的质量百分含量高于70wt.％，发电厂直接排放的高铝粉煤灰中含有少量的未燃尽的碳，试验前将所述的高铝粉煤灰在750℃保温时间2h进行脱碳处理。所述的粉煤灰复合活性剂中各组分的质量百分含量为：90％～95％脱碳处理后的高铝粉煤灰和5％～10％的辅助活性剂，所述的辅助活性剂中，SiO2为14～15％、Cr2O3为58～59％，NaF为2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粉煤灰复合活性剂，其特征在于：以高铝粉煤灰为原料，对高铝粉煤灰进行脱碳处理；所述的粉煤灰复合活性剂中包括90％～95％脱碳处理后的高铝粉煤灰和5％～10％的辅助活性剂；所述的辅助活性剂中，SiO

【技术特征摘要】
2016.01.18 CN 20161002926151.一种粉煤灰复合活性剂，其特征在于：以高铝粉煤灰为原料，对高铝粉煤灰进行脱碳处理；所述的粉煤灰复合活性剂中包括90％～95％脱碳处理后的高铝粉煤灰和5％～10％的辅助活性剂；所述的辅助活性剂中，SiO2为14～15％、Cr2O3为58～59％，NaF为24～25％和Y2O3为2～3％。2.根据权利要求1所述的一种粉煤灰复合活性剂，其特征在于：所述的脱碳处理参数为：温度750℃，时间2h。3.根据权利要求1所述的一种粉煤灰复合活性剂，其特征在于：所述的粉煤灰复合活性剂中各组分的质量百分含量为：94.5％脱碳处理后的高铝粉煤灰、0.8％SiO2、3.2％Cr2O3、1.3％NaF和0.2％Y2O3。4.一种粉煤灰活性剂在B-C-N共渗层氩弧重熔中的应用，其特征在于：所述的应用包括下列步骤，第一步，基体材料的预处理；第二步，预处理基体表面制备B-C-N共渗层；将预处理的基体试样与B-C-N渗剂装入圆柱形低碳钢渗罐中，然后用黄泥密封，自然阴干；将阴干的渗罐放入SX2-8-10中温箱式电阻炉中包埋渗，制得B-C-N共渗层；所述的B-C-N渗剂由渗剂、催渗剂和填充剂经烘干研磨后均匀混合制得；第三步，B-C-N共渗层表面涂覆一层粉煤灰复合活性剂；将粉煤灰复合活性剂与丙酮混合均匀，并用毛刷均匀涂于B-C-N共渗层表面；第四步，B-C-N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B-C-N共渗层表面制备活性氩...

【专利技术属性】
技术研发人员：马壮，董世知，
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