[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明属于钨极氩弧焊技术领域，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。

背景技术

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](Cheng F T,Lo K H,Man H C.NiTi cladding on stainless steel by TIG surfacing process Part I.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。

发明内容

为了解决上述问题，本发明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。本发明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。

本发明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％。