一种利用等离子束对金属表层进行经纬合金化强化处理方法技术

本发明专利技术涉及一种利用等离子束对金属表层进行经纬合金化强化处理方法，步骤如下：对金属工件表面清洁预处理；将合金粉送到工件表面，调节工件与等离子束之间的距离；将工件置于工作台上，用功率密度约为１０５－１０６Ｗ／ｃｍ２的等离子束流按设定的扫描方向及扫描速度扫描工件表面，然后将等离子束或工作台平行移动，如此扫描至经向扫描完，再以与原来扫描方向呈４５°－９０°夹角依次对工件扫描数道，形成经纬结构的合金化区域；将经上述处理的工件的表面进行精磨处理，使其达到所要求的表面粗糙度。本发明专利技术制作的金属工件由合金化区域、合金化重熔区、固态相变区、原始区交替相间的结构，使工件表面形成细密强韧互补的力学性能，大大提高材料的耐磨性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于等离子束加工领域，涉及一种通过等离子束对金属材料表面进行处理的方法，特别涉及。
技术介绍
通过等离子束对金属材料表面进行处理，以提高表面的耐磨性、耐腐蚀性以及抗 疲劳性能，正在成为更好的材料表面加工方式。其设备简单、工艺可靠性高；满足表层强化 工业应用的能量密度的条件下，等离子束流的功率、能量利用效率较之激光束高，因此其强 化加工效率较之激光束高、节能；其从而使工件获得更好的加工效果。 与激光表面处理技术相似，以等离子束为热源，也可以实现工件表面的相变硬化、 熔覆以及合金化等。它们都是以等离子束为热源，使金属表面被加热到发生固体相变、熔化 温度，当等离子束移走或停止作用后，由于金属基体的导热作用，等离子束作用区域快速冷 却，从而得到饱和固溶体、介稳相，甚至得到非晶，达到提高工件表面综合性能或某种性能 的目的。如果在等离子束作用的同时送入特定配比的合金粉末，或是在材料表面预涂一层 特定配比的合金粉末，通过等离子束的快速加热及随后的快速冷却作用，将形成与基体材 料成分不同的，性能超越基体极限性能的合金化区域。 采用等离子束作为加热源对材料表面作改性处理时，面临的主要问题之一是为 了大面积覆盖工件表面，必须以连续扫描搭接的方式进行处理，而在搭接区极易形成回火 软化和微裂纹，当多道搭接时， 一方面形成软硬带，即回火软化区和等离子硬化区，另一方 面微裂纹横贯扫描道形成长裂纹。这是制约强加热源大面积强化技术进入大规模工业应用 的重要原因。 中国专利CN 1831195A公开了"一种分布式激光点状合金化方法"采用斑点式合 金化，点状合金化是连续的未合金化区上分布的半圆球合金化硬化区，其目的是克服连续 搭接扫描所引起的回火软化和裂纹倾向严重等问题，同时也解决了毛化技术仅仅获得一定 的表面形貌，而不能对所加工的表面进行深度的强韧化处理，因此就不能大幅度提高工件 的使用寿命的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的为了克服现在技术利用等离子束作为加热源以连续扫描搭接的方 式对材料表面作改性处理时存在的搭接区极易形成回火软化和微裂纹、多道搭接时形成软 硬带和长裂纹的缺点及中国专利CN 1831195A不能对所加工的表面进行深度的强韧化处 理问题，而提供，本方法克服 连续搭接扫描所引起的回火软化和裂纹倾向严重等问题，并大幅度提高工件的使用寿命， 但点状合金化是连续的未合金化区上分布的半圆球合金化硬化区，本专利技术方法处理后的金 属表层形成的是经纬结构的合金化强化区包围格中的固态相变区与未合金化区的原始区，实施更方面，强化效果更好。 本专利技术的目的可通过下述技术方案来实现 —种利用等离子束对金属表层进行经纬合金化强化处理方法，其特征在于按以下 步骤进行 (1)用有机溶剂对金属工件表面进行清洁预处理；(2)将合金粉用粘接剂调匀刷涂或喷涂在金属工件的基体表面，或者，将合金粉装入送粉器，由送粉器将合金粉送到金属工件的基体表面，并调节金属工件与等离子束之间的距离；(3)将金属工件置于工作台上，用功率密度约为105-106W/cm2的等离子束流按设定的扫描方向及扫描速度扫描金属工件表面，然后将等离子束或工作台平行移动，如此扫描至经向扫描完成，然后以与原来的扫描方向呈45° -90°夹角依次对金属工件扫描数道，形成经纬结构的合金化区域；(4)将经过上述处理的金属工件的表面进行精磨处理，使其达到所要求的表面粗糙度。 所述的有机溶剂为无水乙醇、丙酮或汽油。所述的粘接剂采用常规粘接剂。 所述的经或纬向的各扫描道之间相互平行且等距，经向扫描道与纬向扫描道呈45° -90°夹角，交点处后道覆盖前一道，金属工件表面形成合金化重熔区、合金化区、热影响区、原始区相交织。 所述的等离子束合金化区域的宽度D范围是0. 2mm《D《5mm ;经或纬向相邻两 条离子束合金化区的中心点距离W范围是0. 4mm《W《10mm。 本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果利用等离子束在金属表面 在经、纬两个方向上扫描，形成经纬结构的合金化区域，使工件表面形成以相交点为合金化 重熔区域，非相交点扫描道为合金化区域，扫描道所围的区域为热影响区的网格化划分，从 而减小了大面积连续扫描搭接的应力积累，克服了扫描搭接方法引起的搭接区回火软化问 题；与此同时，由合金化区域、合金化重熔区域以及热影响区交替相间构成的经纬结构使工 件表面形成细密的强韧互补的力学性能，大大提高了材料的耐磨性能。 本专利技术是用合金强化的连续三维网格包围孤立的原始区，可实现深度的强韧化处 理，能大幅度提高工件的使用寿命，强化效果高于分布式激光点状合金化方法。同时这种等 离子合金化的实施效率也高于分布式激光点状合金化方法。附图说明 图1为等离子扫描区域的横截面示意图。 图2a、图2b为表面经讳结构合金化区示意图。 图3为经纬斜交织合金化示意图 图中l-合金化区，2-固态相变区，3-基体，D-熔池宽度，H-熔池深度，W-经或纬 向相邻两条离子束合金化区的中心点距离。具体实施例方式结合附图对本专利技术作进一步的描述。 首先用有机溶剂清洁金属工件表面的油垢和锈蚀，所述的有机溶剂包括无水乙 醇、丙酮或汽油；对于表面有重油污的情况，可用汽油浸泡除油，对于有较严重锈蚀的表面， 可用稀盐酸除锈，或用金相砂纸打磨后再除锈，直至表面光亮，无锈迹；再根据基体材料及工件的使用工况配制合金粉末；将合金粉用粘接剂调匀刷涂或喷涂在金属工件表面或将合 金粉装入送粉器，由送粉器将合金粉送到金属工件表面；送粉器采用现的。将金属工件置于 工作台上，用功率密度为105-107W/cm2的等离子束流扫描工件表面，然后将工作台平行移动 一定距离，如此扫描数道，之后与原来的扫描方向呈45。 -90°夹角依次对金属工件扫描 数道，形成网格化的合金化区域；等离子光束停止工作后，工件表面形成以相交点为合金化 二次重熔区域，非相交点扫描道为合金化区域，扫描道所围的区域为热影响区的经纬结构； 将经过上述处理的金属工件的表面进行精磨处理，使其达到所要求的表面粗糙度。 实施例1 :本专利技术用于强化轧辊 (1)用汽油、酒精或丙酮等有机溶剂清洁轧辊工件表面，直至表面光亮、无锈迹； (2)将合金粉末用粘结剂调匀配成合金粉涂料，并均匀涂覆在轧辊工件表面； (3)将轧辊工件置于工作台上，并调节轧辊工件与等离子束之间的距离； (4)打开等离子合金化设备，调节等离子束的方向使之垂直于加工轧辊工件表面， 并调节等离子束的扫描速度，用功率密度为105-106W/cm2的等离子束扫描加工轧辊工件表 面，如此平行扫描数道，然后以调整工件的角度达90度，再用功率密度为105-106W/cm2的等 离子束扫描加工轧辊工件表面，如此平行扫描数道，使轧辊工件表面形成经纬结构合金化 区域； (5)对轧辊工件表面进行精磨处理，使其达到所要求的表面粗糙度。 实施例2 :本专利技术用于强化模具 (1)用汽油、酒精或丙酮等有机溶剂清洁模具工作表面，直至表面光亮、无锈迹； (2)将配制的合金粉装入送粉器，由送粉器将合金粉送到金属模具的工作表面； (3)将模具置于工作台上，并调节模具表面与等离子束之间的距离； (4)打开等离子合金化设备，调节等离子束的方向使之垂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用等离子束对金属表层进行经纬合金化强化处理方法，其特征在于按以下步骤进行：　　（１）用有机溶剂对金属工件表面进行清洁预处理；（２）将合金粉用粘接剂调匀刷涂或喷涂在金属工件的基体表面，或者，将合金粉装入送粉器，由送粉器将合金粉送到金属工件的基体表面，并调节金属工件与等离子束之间的距离；（３）将金属工件置于工作台上，用功率密度为１０↑［５］－１０↑［６］Ｗ／ｃｍ↑［２］的等离子束流按设定的扫描方向及扫描速度扫描金属工件表面，然后将等离子束或工作台平行移动，如此扫描至经向扫描完成，然后以与原来的扫描方向呈４５°－９０°夹角依次对金属工件扫描数道，形成经纬结构的合金化区域；（４）将经过上述处理的金属工件的表面进行精磨处理，使其达到所要求的表面粗糙度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄齐文，胡树兵，王春喨，张用年，
申请(专利权)人：武汉华材表面科技有限公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]