[发明专利]一种在高碳钢表面等离子熔覆贝氏体钢的方法

说明书

本发明公开了一种利用层流等离子体制备贝氏体钢熔覆层的方法，该方法包括以下步骤：(1)将高碳钢基板表面打磨平整并清洁，预热至300～500℃；(2)取低碳钢合金粉末，干燥后与粘接剂混合均匀，放入模具中，平铺碳纤维布，压实，脱模取出带有碳纤维的粉末预置片，烘干待用；(3)将步骤(2)得到的带有碳纤维的粉末预置片放置在步骤(1)处理后的高碳钢基板上，开启层流等离子体发生器，等离子体产生的热量把带有碳纤维的粉末预置片与基板紧密结合在一起，形成熔覆层，继续保温后自然冷却。本发明方法能够减少层流等离子体表面熔覆过程中的飞溅、球化现象，在保证熔覆过程的顺利进行的同时，获得所需要的组织。

技术领域

本发明属于等离子熔覆技术，特别是涉及一种采用粉末预置法在高碳钢表面等离子熔覆贝氏体钢的方法。

技术背景

等离子熔覆技术是以转移弧作为热源获得高能量密度的等离子弧，配合合金粉末材料进行的表面冶金方法。等离子炬的阴极电极和喷嘴(阳极)这两个部分被分别连接到负、正极，工作气体通过等离子炬，利用高频火花点火，气体被加热到很高的温度(15000K)产生压缩的效果，在磁压缩、热压缩和机械压缩综合作用下从喷嘴射出一个温度极高，速度极大的等离子射流。合金粉末或合金丝进入等离子束范围后被瞬时地加热至熔融状态，与表面微熔的基板产生冶金结合，形成熔覆层。

合金丝的熔覆技术现已成熟，但合金粉末的熔覆技术存在很多问题。粉末在较薄的表面喷涂上应用广泛，而较厚的表面，由于工艺原因，存在较多缺陷，粉末的体积收缩，飞溅，球化，发生器的串弧等导致实验的中断。如何减少球化，飞溅，实现熔覆层与基体良好冶金结合是一个关键问题。

发明内容

发明目的：针对现有的等离子熔覆技术不能很好的在高碳钢表面熔覆上一定厚度的熔覆层，实验效率低、缺陷多等问题，本发明提供了一种优化以后的采用粉末预置法在高碳钢表面等离子熔覆贝氏体钢的方法。

技术方案：本发明所述的一种在高碳钢表面等离子熔覆贝氏体钢的方法，包括如下步骤：

(1)高碳钢基板的预处理：将高碳钢基板表面打磨平整并清洁，预热至300～500℃；

(2)取低碳钢合金粉末，干燥后与粘接剂混合均匀，放入模具中，平铺碳纤维布，压实，脱模取出带有碳纤维的粉末预置片，烘干待用；

(3)将步骤(2)得到的带有碳纤维的粉末预置片放置在步骤(1)处理后的高碳钢基板上，粉末侧为下表面，碳纤维侧为上表面，开启层流等离子体发生器，等离子体产生的热量把带有碳纤维的粉末预置片与基板紧密结合在一起，形成熔覆层，继续保温，自然冷却至室温即可。

步骤(1)中，所述清洁可以采用酒精擦拭基板表面，去除表面的油污和灰尘；所述预热处理通过将基板平放在铜板的恒温加热平台上实现。

步骤(2)中，所述低碳钢合金粉末包含以下质量百分含量的各个组分：Mn:1.1％-1.8％，Cr:1.0％-1.5％，Mo:0.2％-0.4％，Ni:0％-0.6％，Si:1％-1.8％，C:0.2％-0.4％，其余成分为Fe。

优选的，所述低碳钢合金粉末包含以下质量百分含量的各个组分：Mn1.56％，Cr:1.29％，Mo:0.38％，Ni:0.6％，Si:1.58％，C:0.28％，其余成分为Fe。

所述粉末可以是球形粉末，也可以是非球形粉末。对于球形粉末尤其适用，球形粉末由于其形状效应，具有极好的流动性，粉末之间如果不添加粘接剂很难用压片机压成具有一定强度的预置片。

步骤(2)中，所述低碳钢粉末的粒径范围为100μm±50μm。

步骤(2)中，取低碳钢合金粉末干燥是指在真空干燥箱中60℃烘干12-30小时。

步骤(2)中，所述粘接剂选自羧甲基纤维素钠、硅酸钠、聚乙烯醇中的一种或多种。所述粘结剂是低熔点的，在较高的温度下直接汽化，不会残留在熔覆层中。