本發(fā)明屬于鎢極氬弧焊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在B-C-S共滲層表面涂覆高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑制備活性氬弧重熔層的方法。

背景技術(shù)：

鎢極氬弧焊(TIG)是在惰性氣體氬氣、氦氣或氦氬混合氣體的保護(hù)下利用鎢電極與工件之間產(chǎn)生的電弧融化母材和填充焊絲(如果使用填充焊絲)的一種焊接方法。鎢極氬弧焊具有以下優(yōu)點(diǎn)：惰性氣體可以起到保護(hù)焊件作用，表面產(chǎn)生的氧化膜可以被電弧自動(dòng)清理；電弧能量集中且穩(wěn)定，易于引弧，適用于薄板材料的焊接；作業(yè)條件好，操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；適用范圍廣。但也有一些不足之處:熔深淺，熔敷速率小，生產(chǎn)效率低；鎢極載流的能力較差,電流過(guò)大鎢極燒損嚴(yán)重，易對(duì)焊件造成污染；保護(hù)性氣體價(jià)格較貴，增加生產(chǎn)成本；熱影響區(qū)域大，局部退火導(dǎo)致工件變形、硬度降低、結(jié)合力較差等缺點(diǎn)；熔深較淺，對(duì)于較厚焊件需要開破口或采用多道焊接工藝，會(huì)造成咬邊、弧坑、焊瘤，內(nèi)部組織有針孔和內(nèi)應(yīng)力損傷等缺欠。

活性氬弧焊(A-TIG焊)技術(shù)可以改善由TIG焊產(chǎn)生的缺欠。活性氬弧焊與常規(guī)氬弧焊不同的關(guān)鍵因素在于活性劑。目前，活性劑的研究主要集中在單組元，但多組元復(fù)合活性劑的優(yōu)勢(shì)更加明顯，正日漸得到關(guān)注。粉煤灰由大量的氧化物組成，其Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃、TiO₂、FeO總量占成分的95％以上，一般大于98％是理想的多組元復(fù)合活性劑原材料。但高鋁粉煤灰的成分比較復(fù)雜，單一粉煤灰作為活性劑無(wú)法滿足生產(chǎn)需求，因此需要對(duì)高鋁粉煤灰進(jìn)行適當(dāng)?shù)母男蕴幚?，以提高鋁粉煤灰活性劑高附加值。同時(shí)將高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑應(yīng)用于氬弧重熔技術(shù)中，從而優(yōu)化傳統(tǒng)氬弧重熔工藝，以期得到性能更加優(yōu)異的重熔合金層，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本，使資源得到有效利用。

重熔處理是利用熱源將材料表層及強(qiáng)化合金熔化，產(chǎn)生的液相有助于擴(kuò)散過(guò)程的強(qiáng)化和成分的滲透，優(yōu)化合金層的組織結(jié)構(gòu)，減少或消除組織缺陷，提高合金層與基體材料的結(jié)合強(qiáng)度。采用適當(dāng)?shù)闹厝厶幚恚梢愿纳坪辖饘优c基體間的結(jié)合強(qiáng)度和合金層內(nèi)在質(zhì)量，從而提高涂層的耐磨、耐蝕性。目前常見的是鎢極氬弧重熔技術(shù)。

鎢極利用氬弧重熔技術(shù)在低碳鋼表面制備硬度更高、耐磨性能更好的重熔合金層，例如鎳基、鈷基、鐵基合金等自熔性合金層。參考文獻(xiàn)[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焊接方法在不銹鋼表面制備Ni-Ti合金層，其顯微硬度約為750HV，耐腐蝕性能是母材的10倍。參考文獻(xiàn)[2](彭軍波,陳冰泉,鄧旅成.45鋼氬弧表面強(qiáng)化及其灰關(guān)聯(lián)分析[J].武漢交通科技大學(xué)學(xué)報(bào),2000,24(1):86-88)利用氬弧重熔工藝，在45#鋼表面制備堆焊合金層，提高了表面硬度及耐磨性。

重熔處理可以消除滲層內(nèi)部的針狀結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)和氣孔等，細(xì)化滲層組織，同時(shí)滲層與基體材料之間形成冶金結(jié)合，增強(qiáng)了界面的結(jié)合強(qiáng)度，提高了滲層的硬度、耐磨性和耐蝕性等，改變了單一化學(xué)熱處理工藝存在的局限和不足。然而，滲層重熔工藝還存在一些亟待解決的問題，如滲層結(jié)構(gòu)和成分的設(shè)計(jì)與優(yōu)化、重熔工藝參數(shù)的選取及如何避免過(guò)高熱能量導(dǎo)致的滲層元素?zé)龘p等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明將活性氬弧焊和氬弧重熔技術(shù)結(jié)合，稱其為活性氬弧重熔技術(shù)，即在材料的表面涂覆一層活性劑，再進(jìn)行氬弧重熔制備表面強(qiáng)化合金層。本發(fā)明將高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑應(yīng)用于Q235鋼B-C-S共滲層氬弧重熔工藝中，使B-C-S共滲層成分更加均勻，消除缺陷，提高滲層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，從而改善材料表面硬度、耐磨、耐蝕性，進(jìn)而提高機(jī)械零部件的使用壽命。

本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑，所述的高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑為在脫碳處理后的高鋁粉煤灰中加入分析純級(jí)的SiO₂、TiO₂、Si和CeO₂形成，其中，高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑中加入的SiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8～35％，TiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4～14％，Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～5％，CeO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～6％，優(yōu)選的，加入的SiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.90％，TiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.01％，Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.42％，CeO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.73％。

所述的高鋁粉煤灰中SiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35.4％，Al₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為48.5％。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種所述的高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑在B-C-S共滲層表面的活性氬弧重熔層的制備中的應(yīng)用，所述的活性氬弧熔覆層的制備包括有下列步驟：

第一步：高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑的制備；

選擇高鋁粉煤灰為主要活性劑組元，先對(duì)高鋁粉煤灰進(jìn)行脫碳處理，再向脫碳處理后的高鋁粉煤灰中加入SiO₂、TiO₂、Si和CeO₂形成高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑。

所述的高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑中加入的SiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8～35％，TiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4～14％，Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～5％，CeO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～6％，其余為脫碳處理后的高鋁粉煤灰。

所述的脫碳處理參數(shù)為：溫度750℃，時(shí)間2h。

第二步：包埋滲制備B-C-S共滲層；

將預(yù)處理的基體試樣與B-C-S滲劑裝入共滲罐中，用粘土水玻璃密封共滲罐，在DHG-9076A烘干箱中烘干；將烘干的共滲罐放入SX2-8-10中溫箱式電阻爐中包埋滲，在預(yù)處理后的基體試樣表面制得B-C-S共滲層。

所述的B-C-S滲劑由滲劑、催滲劑和填充劑經(jīng)烘干研磨后均勻混合制得。所述的滲劑包括B₄C、FeS和SC固體滲碳劑，所述的催滲劑包括KBF₄、NH₄Cl、硫脲和CeO₂，所述的填充劑為Al₂O₃。所述的B-C-S滲劑中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：B₄C為5％、FeS為10％、SC固體滲碳劑為20％、KBF₄為5％、NH₄Cl為5％、硫脲為1％、CeO₂為3％、Al₂O₃為51％。

所述包埋滲的工藝參數(shù)為：升溫速度小于3℃/min，550℃保溫7h，900℃保溫12h。

第三步：B-C-S共滲層表面涂覆高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑；

將高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑與丙酮溶液混合形成懸濁液，用刷子將懸濁液均勻涂于B-C-S共滲層表面，待丙酮揮發(fā)后開始焊接。

第四步：B-C-S共滲層表面制備活性氬弧重熔層；

采用活性氬弧重熔工藝，在預(yù)熱處理的B-C-S共滲層表面制備活性氬弧重熔層。

所述的活性氬弧重熔工藝的參數(shù)為：鎢極直徑為2.0mm，鎢極材料為鈰鎢極，鎢極尖角為45°，8#陶瓷噴嘴，電弧長(zhǎng)度為3mm，氬氣流量為7L/min，焊接電流為100～190A，焊接速度為80～170mm/min。

進(jìn)一步優(yōu)選為：焊接電流為140A，焊接速度為110mm/min。

所述的B-C-S共滲層表面預(yù)熱處理的溫度為200℃，時(shí)間為1h。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、采用高鋁粉煤灰為主要原料制備高效環(huán)保型A-TIG焊活性劑，可實(shí)現(xiàn)粉煤灰的高效、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保應(yīng)用，為粉煤灰的高附加值利用開辟了新途徑和新方法。

2、活性氬弧重熔技術(shù)是活性氬弧焊技術(shù)和氬弧重熔技術(shù)的結(jié)合，可大幅提高氬弧焊工作效率。

3、本發(fā)明提供的高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑用于制備活性氬弧重熔層可以顯著提高重熔層的顯微硬度、耐磨性能、耐沖蝕性能以及耐腐蝕性能。

附圖說(shuō)明

圖1A、1B、1C分別為無(wú)活性劑、純高鋁粉煤灰活性劑和高鋁粉煤灰活性劑添加情況下得到的熔池截面形貌圖；

圖2A、2B、2C分別為B-C-S共滲層、普通氬弧重熔層和活性氬弧重熔層的XRD分析圖譜；

圖3A、3B分別為B-C-S共滲層、普通氬弧重熔層和活性氬弧重熔層的顯微硬度。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明提供一種高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑，所述的高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑為在脫碳的高鋁粉煤灰中加入分析純級(jí)的SiO₂、TiO₂、Si和CeO₂形成，其中，高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑中加入的SiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8～35％，TiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4～14％，Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～5％，CeO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～6％，其余為脫碳處理后的高鋁粉煤灰。

優(yōu)選的，SiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20～35％，TiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4～10％，Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～2％，CeO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～3％，其余為脫碳處理后的高鋁粉煤灰。

進(jìn)一步優(yōu)選的SiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.90％，TiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.01％，Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.42％，CeO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.73％。

本發(fā)明還提供一種B-C-S共滲層表面的活性氬弧重熔層的制備方法，包括有下列步驟：

第一步：高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑的制備；

選擇準(zhǔn)格爾發(fā)電廠產(chǎn)生的高鋁粉煤灰為主要活性劑組元，自然狀態(tài)下的高鋁粉煤灰中含有一定量的碳及水分，碳在焊接過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生不利影響，為消除高鋁粉煤灰中的不利因素，對(duì)高鋁粉煤灰進(jìn)行脫碳處理，脫碳處理參數(shù)為：溫度750℃，時(shí)間2h。經(jīng)過(guò)脫碳處理后高鋁粉煤灰主要由各種氧化物組成，其成分組成如表1(由國(guó)土資源部東北礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心提供)。

表1脫碳處理后的高鋁粉煤灰的基本組成

向上述脫碳處理后的高鋁粉煤灰中加入SiO₂、TiO₂、Si和CeO₂形成高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑，所述的高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑中，加入的SiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8～35％，TiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4～14％，Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～5％，CeO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～6％，其余為脫碳處理后的高鋁粉煤灰

優(yōu)選的，SiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20～35％，TiO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4～10％，Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～2％，CeO₂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～3％，其余為脫碳處理后的高鋁粉煤灰。

進(jìn)一步優(yōu)選的SiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.90％，TiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.01％，Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.42％，CeO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.73％，其余為脫碳處理后的高鋁粉煤灰。

第二步：包埋滲制備B-C-S共滲層；

選擇Q235-A為基體材料，試樣尺寸為30mm×15mm×6mm，對(duì)試樣預(yù)處理，除去表面氧化皮和銹漬，用鋼絲刷打磨露出金屬光澤，再用丙酮清洗后用風(fēng)筒吹干表面。

B-C-S滲劑由滲劑、催滲劑和填充劑經(jīng)烘干研磨后均勻混合制得，按照質(zhì)量百分含量，B-C-S滲劑中B₄C為5％、FeS為10％、SC固體滲碳劑為20％、KBF₄為5％、NH₄Cl為5％、硫脲為1％、CeO₂為3％、Al₂O₃為51％。

將預(yù)處理的Q235-A基體試樣與B-C-S滲劑裝入共滲罐中，裝罐時(shí)盡量讓試樣在滲罐中分布均勻，確保滲劑填滿試樣四周，并用粘土水玻璃密封，在DHG-9076A烘干箱中烘干。將烘干的共滲罐放入SX2-8-10中溫箱式電阻爐中制備B-C-S共滲層，調(diào)整中溫箱式電阻爐的升溫速度小于3℃/min，分段保溫加熱，550℃保溫7h、900℃保溫12h，隨爐冷卻降溫。進(jìn)一步優(yōu)選的，分段保溫加熱程序?yàn)椋?00℃保溫2h、550℃保溫7h、800℃保溫2h、900℃保溫12h，隨爐冷卻降溫。

第三步：B-C-S共滲層表面涂覆活性高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑；

將高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑與丙酮溶液混合形成懸濁液，用刷子將懸濁液均勻涂于B-C-S共滲層表面，待丙酮揮發(fā)。

第四步：B-C-S共滲層表面制備活性氬弧重熔層；

采用活性氬弧重熔工藝，在預(yù)熱處理的B-C-S共滲層表面制備活性氬弧重熔層。

所述的活性氬弧重熔工藝的參數(shù)為：鎢極直徑為2.0mm，鎢極材料為鈰鎢極，鎢極尖角為45°，8#陶瓷噴嘴，電弧長(zhǎng)度為3mm，氬氣流量為7L/min，焊接電流為100～190A，焊接速度為80～170mm/min。優(yōu)選的，焊接電流為140～150A，焊接速度為80～140mm/min。

進(jìn)一步優(yōu)選為：焊接電流為140A，焊接速度為110mm/min。

所述的預(yù)熱處理的溫度為200℃，時(shí)間為1h。

下面給出具體實(shí)施例。

實(shí)施例1:

應(yīng)用本發(fā)明提供的制備方法，在Q235-A鋼基體的B-C-S共滲層表面制備活性氬弧重熔層，具體步驟如下：

第一步，制備高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑：

采用高鋁粉煤灰中SiO₂含量為35.40wt％，對(duì)高鋁粉煤灰進(jìn)行脫碳處理，具體為將高鋁粉煤灰在750℃保溫2h。

在脫碳處理后的高鋁粉煤灰中加入SiO₂、TiO₂、Si和CeO₂形成高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑。所述的高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑中，加入的SiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35％，TiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％，Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％，CeO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％，其余為脫碳處理后的高鋁粉煤灰。

第二步，在基體表面包埋滲制備的B-C-S共滲層。

選擇Q235-A為基體材料，試樣尺寸為30mm×15mm×6mm，對(duì)試樣預(yù)處理，除去表面氧化皮和銹漬，用鋼絲刷打磨露出金屬光澤，再用丙酮清洗后用風(fēng)筒吹干表面。

B-C-S滲劑由滲劑、催滲劑和填充劑經(jīng)烘干研磨后均勻混合制得，按照質(zhì)量百分含量，B-C-S滲劑中B₄C為5％、FeS為10％、SC為20％、KBF₄為5％、NH₄Cl為5％、硫脲為1％、CeO₂為3％、Al₂O₃為51％。

將預(yù)處理的Q235-A基體試樣與B-C-S滲劑裝入共滲罐中，裝罐時(shí)盡量讓試樣在滲罐中分布均勻，確保滲劑填滿試樣四周，并用粘土水玻璃密封，在DHG-9076A烘干箱中烘干。將烘干的共滲罐放入SX2-8-10中溫箱式電阻爐中制備B-C-S共滲層，調(diào)整中溫箱式電阻爐的升溫速度小于3℃/min，550℃保溫7h，900℃保溫12h，隨爐降溫。

第三步，B-C-S共滲層表面涂刷高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑，進(jìn)行重熔處理?；钚詺寤≈厝酃に嚨膮?shù)為：鎢極直徑為2.0mm，鎢極材料為鈰鎢極，鎢極尖角為45°，8#陶瓷噴嘴，電弧長(zhǎng)度為3mm，氬氣流量為7L/min，焊接電流為150A，焊接速度為140mm/min，得到活性氬弧重熔層。

實(shí)施例2:

應(yīng)用本發(fā)明提供的制備方法，在Q235-A鋼基體的B-C-S共滲層表面制備活性氬弧重熔層，具體步驟如下：

第一步，制備高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑：

采用高鋁粉煤灰中SiO₂含量不低于35wt％，對(duì)高鋁粉煤灰進(jìn)行脫碳處理，具體為將高鋁粉煤灰在750℃保溫2h。

在脫碳處理后的高鋁粉煤灰中加入SiO₂、TiO₂、Si和CeO₂形成高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑。所述的高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑中，加入的SiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8％，TiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14％，Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％，CeO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6％，其余為脫碳處理后的高鋁粉煤灰。

第二步，在基體表面包埋滲制備的B-C-S共滲層。

選擇Q235-A為基體材料，試樣尺寸為30mm×15mm×6mm，對(duì)試樣預(yù)處理，除去表面氧化皮和銹漬，用鋼絲刷打磨露出金屬光澤，再用丙酮清洗后用風(fēng)筒吹干表面。

B-C-S滲劑由滲劑、催滲劑和填充劑經(jīng)烘干研磨后均勻混合制得，按照質(zhì)量百分含量，B-C-S滲劑中B₄C為5％、FeS為10％、SC為20％、KBF₄為5％、NH₄Cl為5％、硫脲為1％、CeO₂為3％、Al₂O₃為51％。

將預(yù)處理的Q235-A基體試樣與B-C-S滲劑裝入共滲罐中，裝罐時(shí)盡量讓試樣在滲罐中分布均勻，確保滲劑填滿試樣四周，并用粘土水玻璃密封，在DHG-9076A烘干箱中烘干。將烘干的共滲罐放入SX2-8-10中溫箱式電阻爐中制備B-C-S共滲層，調(diào)整中溫箱式電阻爐的升溫速度小于3℃/min，500℃保溫2h、550℃保溫7h、800℃保溫2h、900℃保溫12h，隨爐冷卻降溫。

第三步，B-C-S共滲層表面涂刷高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑，進(jìn)行重熔處理?；钚詺寤≈厝酃に嚨膮?shù)為：鎢極直徑為2.0mm，鎢極材料為鈰鎢極，鎢極尖角為45°，8#陶瓷噴嘴，電弧長(zhǎng)度為3mm，氬氣流量為7L/min，焊接電流為150A，焊接速度為80mm/min，得到活性氬弧重熔層。

實(shí)施例3:

在Q235-A鋼基體的B-C-S共滲層表面制備活性氬弧重熔層，制備過(guò)程中采用的高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑中加入的SiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％，TiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％，Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％，CeO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％。在包埋滲制備的B-C-S共滲層表面涂刷高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑，進(jìn)行重熔處理。活性氬弧重熔工藝的參數(shù)為：鎢極直徑為2.0mm，鎢極材料為鈰鎢極，鎢極尖角為45°，8#陶瓷噴嘴，電弧長(zhǎng)度為3mm，氬氣流量為7L/min，焊接電流為190A，焊接速度為170mm/min，得到活性氬弧重熔層。其余同實(shí)施例1。

實(shí)施例4:

應(yīng)用本發(fā)明提供的制備方法的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案，在Q235-A鋼基體的B-C-S共滲層表面制備活性氬弧重熔層，制備過(guò)程中采用的高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑中SiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.90％，TiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.01％，Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.42％，CeO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.73％。在包埋滲制備的B-C-S共滲層表面涂刷高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑，進(jìn)行重熔處理?；钚詺寤≈厝酃に嚨膮?shù)為：鎢極直徑為2.0mm，鎢極材料為鈰鎢極，鎢極尖角為45°，8#陶瓷噴嘴，電弧長(zhǎng)度為3mm，氬氣流量為7L/min，焊接電流為140A，焊接速度為110mm/min，得到活性氬弧重熔層。其余同實(shí)施例1。

上述實(shí)施例1～4中制備得到的活性重熔層，焊縫深寬比提高。利用氬弧焊作為熱源，采用高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑在B-C-S共滲層表面制備活性氬弧重熔層。B-C-S共滲層由Fe₂B、FeS、FeS₂、Fe₃C相組成；共滲層經(jīng)氬弧重熔后，活性氬弧重熔層中有Fe₃(C,B)、Fe₂₃B₆、Fe₃Si、Fe₃Al等新相生成。Q235鋼經(jīng)化學(xué)熱處理后B-C-S三元共滲層顯微硬度可以達(dá)到1022Hv，層深為110～130μm；共滲層經(jīng)氬弧重熔處理后其硬度有所降低，活性重熔層顯微硬度可以達(dá)到739Hv，硬化層深度達(dá)到了1600μm?；钚灾厝蹖幽湍バ?、耐磨粒磨損、耐沖蝕磨損性能和耐鹽腐蝕性均相對(duì)于基體具有很大的提高。

對(duì)照組1：

采用氬弧重熔工藝在在Q235-A鋼基體的B-C-S共滲層表面制備普通氬弧重熔層，其余步驟和參數(shù)同實(shí)施例1，得到普通氬弧重熔層。

下面結(jié)合實(shí)施例4和對(duì)照組的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)一步說(shuō)明所述活性氬弧重熔層的性能。

圖1A～圖1C分別為B-C-S共滲層、普通氬弧重熔層和活性氬弧重熔層的截面形貌圖，表2為普通氬弧重熔層和活性氬弧重熔層的熔池的尺寸。從圖1A可以看出，B-C-S共滲層厚度為110～130μm，在B-C-S共滲層前端分布著致密的小針狀組織，共滲層截面上分布著一些微孔。從圖1B可以看出，B-C-S共滲層經(jīng)普通氬弧重熔工藝處理后，分層現(xiàn)象消失，組織梯度過(guò)度平緩，并且可以有效的提高表面合金層的厚度；從圖1C可以看出，活性氬弧重熔層與普通氬弧重熔層的寬度相當(dāng)，但活性氬弧重熔層的熔深較大，說(shuō)明高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑可以使氬弧焊的能量集中，B-C-S共滲層表面的溫度提高，增大了重熔區(qū)，在活性劑作用下電弧能量集中，邊緣處的過(guò)渡區(qū)域滲層熔化相對(duì)較充分，過(guò)渡區(qū)梯度相對(duì)平緩，減少了邊緣處的應(yīng)力集中。

表2活性氬弧重熔層熔池尺寸

圖2A～圖2C分別為B-C-S共滲層、普通氬弧重熔層和活性氬弧重熔層的XRD分析結(jié)果，可以看出，B-C-S共滲層主要由鐵素體(α-Fe)、硼化物(Fe₂B)、硫化物(FeS、FeS₂)和碳化物(Fe₃C)組成。在普通氬弧重熔層中FeS₂相分解，有固溶強(qiáng)化相Fe₃(C,B,S)生成，說(shuō)明共滲層在電弧力作用下部分或全部相分解，從而使B、C、S進(jìn)入液相的Fe基體中形成了含B、C、S固溶體。由圖2C可見，通過(guò)活性氬弧重熔處理后，活性氬弧重熔層同樣保留了α-Fe相、FeS、Fe₂B等相，同時(shí)有Fe₃(C,B)、Fe₂₃B₆、Fe₃Si、Fe₃Al相生成，說(shuō)明加入活性劑后有更多的B、C、S元素與Fe發(fā)生反應(yīng)，形成含有B、C、S元素的固溶體和彌散強(qiáng)化相，它們都會(huì)改善材料的硬度和耐磨性能。

從圖3A和圖3B可見看出B-C-S共滲層的表層硬度可達(dá)1022HV，經(jīng)氬弧重熔處理后可以降低共滲層的顯微硬度，普通氬弧重熔層表層顯微硬度為834HV，活性氬弧重熔層表層顯微硬度為739HV，硬度降低后，有利于改善共滲層表面脆性，提高表面抗脆斷和剝落能力。氬弧重熔可以明顯的增加硬化層厚度，普通氬弧重熔層和活性氬弧重熔層的硬化層深度分別是B-C-S共滲層的5倍和8倍。

表3為干摩擦條件下的粘著磨損失重量，可以看出，隨著載荷的增加四種試樣的磨損量也隨之增加，但活性氬弧重熔試樣的增加幅度最?。换w的耐磨性最差，其磨損量最大，B-C-S共滲層耐磨性是基體的2.07倍，普通氬弧重熔和活性氬弧重熔的耐磨性分別是基體的3.30和4.51倍；可見，高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑的加入提高重熔層的耐磨性。

表3不同載荷粘著磨損測(cè)試結(jié)果

表4為在油摩擦條件下的磨損失重量，可以看出，隨著載荷的增加四種試樣的磨損量也隨之增加，活性氬弧重熔試樣的增加幅度最小，Q235基體的耐磨性最差，其磨損量最大，B-C-S三層共滲層耐磨性是基體的2.10倍，普通氬弧重熔層和活性氬弧重熔層的耐磨性分別是Q235基體的3.26和4.92倍；可見，高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑的加入提高重熔層的耐磨性。

表4不同載荷粘著磨損測(cè)試結(jié)果

表5為磨粒磨損性能測(cè)試結(jié)果，可以看出，Q235鋼的耐磨性很差，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其質(zhì)量損失迅速增加；B-C-S共滲層的耐磨性得到提高，并且共滲層經(jīng)氬弧重熔和活性氬弧重熔處理后耐磨性進(jìn)一步得到提高，其中活性氬弧重熔層的耐磨性能最好，活性氬弧重熔層的耐磨性是基體的6.27倍；可見，高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑的加入可以使?jié)B層組織更加均勻，固溶強(qiáng)化相增加且彌散強(qiáng)化作用顯著，耐磨性能更好。

表5磨粒磨損測(cè)試結(jié)果

表6為在轉(zhuǎn)速為400r/min時(shí)沖蝕數(shù)據(jù)，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，四種試樣單位面積失重量都隨時(shí)間增加而增加，Q235基體的失重量增加較明顯，2h內(nèi)Q235基體平均沖蝕磨損失重速率為46.94g·m^-2·h^-1，B-C-S共滲層平均沖蝕磨損失重速率較基體提高了1.54倍，普通氬弧重熔層和活性氬弧重熔層的平均沖蝕磨損失重速率分別較基體提高了1.67和2.46倍；可見，較高的轉(zhuǎn)速下高鋁粉煤灰復(fù)合活性劑的加入對(duì)于重熔層耐沖蝕性能提高作用明顯。

表6沖蝕磨損測(cè)試結(jié)果(400r/min)

沖擊速度為300r/min，沖蝕介質(zhì)水與石英砂體積比為5000：1600時(shí)的耐沖蝕性測(cè)試結(jié)果如表7所示，四種試樣單位面積失重量隨著沖蝕時(shí)間的增加而增加，Q235基體的失重量最大，2h內(nèi)Q235基體平均沖蝕磨損失重速率為29.95g·m^-2·h^-1，活性氬弧重熔層的失重量最小，其平均沖蝕磨損失重速率較基體提高了1.89倍。

表7沖蝕磨損測(cè)試結(jié)果(5000：1600)

沖擊速度為300r/min，沖蝕介質(zhì)水與石英砂體積比為5000：4000時(shí)的耐沖蝕性測(cè)試結(jié)果如表8所示，四種試樣單位面積失重量增加比較明顯，Q235基體的失重量最多，活性氬弧重熔層的失重量最小，其平均沖蝕磨損失重速率較基體提高了2.81倍；可見，沖蝕介質(zhì)的濃度提高后活性劑對(duì)耐沖蝕性能的作用也隨之提高。

表8沖蝕磨損測(cè)試結(jié)果(5000：4000)

試樣在3.5％的NaCl腐蝕液中的平均腐蝕速率及相對(duì)耐蝕性如表9所示，可以看出，Q235基體在的耐蝕性最差，平均腐蝕速率達(dá)3.46g·m^-2·h^-1，B-C-S共滲層平均腐蝕速率較基體提高了2.19倍，B-C-S共滲層經(jīng)氬弧重熔和活性氬弧重熔后平均腐蝕速率為分別較基體提高了2.58和2.77倍；可見，B-C-S共滲層經(jīng)氬弧重熔可以有效地提高基體的耐鹽腐蝕性，且活性氬弧重熔層的耐蝕性要好于普通氬弧重熔層。

表9耐NaCl腐蝕測(cè)試結(jié)果

測(cè)試方法：

(1)結(jié)構(gòu)分析：利用D/max-Rc型X射線衍射儀對(duì)B-C-S共滲、普通氬弧重熔和活性氬弧重熔試樣進(jìn)行測(cè)定。實(shí)驗(yàn)參數(shù)：Cu靶Ka輻射，Ni濾波片，管電壓為40Kv，管電流為40mA，狹縫尺寸DS＝I0，RS＝0.3mm，SS＝I0，掃描速度為10°/min，掃描范圍為10～90°。

(2)顯微硬度測(cè)試：使用DUH-211S超顯微動(dòng)態(tài)硬度計(jì)，在B-C-S共滲、普通氬弧重熔和活性氬弧重熔試樣沿縱向進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)所用的壓頭為1150三角錐壓頭，載荷50mN，加載時(shí)間5s。

(3)粘著磨損性能測(cè)試：使用MMU-10G高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，對(duì)磨材料為GCr15軸承鋼，硬度為60HRC，潤(rùn)滑劑為液體石蠟。在油摩擦條件下加載300s，選擇載荷分別為100N、150N和200N，轉(zhuǎn)速為200r/min。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前后均用丙酮將試樣清洗干凈，并用FA1104N電子天平測(cè)得質(zhì)量，計(jì)算單位面積失重量。

(4)磨粒磨損性能測(cè)試：在ML-10型磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行磨損實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)參數(shù)：載荷為40N，圓盤轉(zhuǎn)速60r/min，對(duì)磨材料為3號(hào)金相砂紙，磨損周期5min，每個(gè)磨損周期結(jié)束后均更換對(duì)磨材料并采用FA1104N型分析天平稱重，共進(jìn)行四個(gè)磨損周期，計(jì)算單位面積失重。

(5)沖蝕磨損性能測(cè)試：在MSH型腐蝕磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行沖蝕磨損實(shí)驗(yàn)。以自來(lái)水為流體介質(zhì)，沖擊粒子選用粒徑為30-70目的石英砂，沖蝕角為90°，沖蝕時(shí)間為0.5h、1h、1.5h、2h，測(cè)試完畢后取下試樣，用丙酮將試樣清洗干凈，并用吹風(fēng)機(jī)吹干后稱取質(zhì)量，計(jì)算出單位面積質(zhì)量損失量。

(6)腐蝕性能測(cè)試：采用質(zhì)量失重法，對(duì)Q235鋼、B-C-S共滲試樣、氬弧重熔試樣進(jìn)行3.5％NaCl溶液，每次浸泡24h，共測(cè)試5次。將試樣用環(huán)氧樹脂密封，并用丙酮將試樣清洗干凈，烘干后稱取原始質(zhì)量，然后放入配制好的腐蝕液中，保證試樣被腐蝕面與腐蝕液接觸，觀察腐蝕現(xiàn)象并記錄，計(jì)算每種試樣的單位面積質(zhì)量損失量。