一种扫描电子束和化学镀复合处理45钢的方法

本发明属于合金钢高能束表面改性，具体涉及一种扫描电子束和化学镀复合处理45钢的方法。

背景技术：

1、45 钢因其具有良好的切削性能以及低廉价格的特点，在汽车制造，轮船制造，建筑用钢，铁路用钢和石油开采等行业得到大量使用，因而成为工程实际需求使用最多的金属材料，但每年因表面锈蚀、磨损等因素引起的报废数量占产量的20%～25%；电子束扫描合金化不但能有效提高试样表面的耐腐蚀性，而且还可大幅度提高材料表面硬度以及耐磨性等机械性能；为改善其表面综合性能常采用物理气相沉积技术、常规电镀技术等提高表面机械性能；但物理气象沉积技术存在环境污染严重、强化层结合力弱、组织不致密的缺点，常规电镀技术会产生大量工业废水且污染环境的缺点，所以难以得到广泛的应用；电子束扫描表面合金化是利用预涂覆技术（等离子热喷涂等技术）在试样表面制备具有一定厚度的合金粉末涂覆层，利用电子束扫描技术处理试样表面涂覆层，调节电子束入射能量以及与试样表面作用的时间，使涂覆层和基体表层同时熔化在一起，在试样表层形成新的合金强化层，从而提高试样表面的性能；w、ti、ta、mo 等元素的合金粉末能够在提升试样表层硬度的同时，也可以改善试样表面的耐磨性；ni、cr 等元素合金化处理之后，可以大幅度提升试样表面的耐腐蚀性和淬透性，电子束表面改性处理优点为：

2、（1）电子束表面处理必须是在真空环境下进行的；

3、（2）电子束表面改性过程是快速加热快速冷却的过程，工件变形量小，可

4、以对任何形状的工件进行加工；

5、（3）电子束表面改性是自激冷却的，不需要外接冷却设备，不会对环境产

6、生污染；

7、（4）电子束加工处理操作简单，可工业化生产；

8、因此，本专利提出采用化学镀和扫描电子束表面合金化复合方法对45钢进行表面改性，化学镀可以在45钢基体上预镀镍磷层，再通过扫描电子束技术对试样进行合金化，以达到提升性能的目的。

技术实现思路

1、本发明的目的是：

2、本发明将45钢加工成固定尺寸方块，采用化学镀方式在基体表面沉积镍磷镀层，得到试样；再通过扫描电子束合金化处理得到试样成品；本发明在有效提升表面硬度的同时，也提高试块表面耐腐蚀性，具有极好的实际应用场景。

3、为解决上诉问题，本发明所采用的技术方案是：一种扫描电子束和化学镀复合处理45钢的方法，包括以下步骤：

4、1、一种扫描电子束和化学镀复合处理45钢的方法，包括以下步骤：

5、步骤1：前处理，对切割后的试块工件进行铣削，然后用丙酮和无水乙醇溶剂对铣削后的工件进行清洗,去除表面油污与杂质。

6、步骤1结束后进行步骤2；

7、步骤2：试样制备，采用化学镀方法在45钢表面沉积一层镍磷镀层。

8、步骤2结束后进行步骤3；

9、步骤3：电子束处理，将步骤2的试样放置于电子束焊机的热加工室内，用扩散泵串联罗茨泵对电子枪室和焊接加工室进行抽真空，使得电子枪室真空度为1.33×pa,加工室真空度为5×pa；设定电子束焊机工艺参数，电子束流加速电压为60kv，电子束聚焦电流为390ma,电子束加工束流为10ma、11ma、12ma、13ma，电子枪移动速度为4mm/s，电子束束斑半径为5mm；采用线切割将处理后的试样切成小块，然后使用超声波清洗机清洗试样，得到成品。

10、步骤3结束后进行步骤4；

11、步骤4：组织与性能测试，利用quanta feg450场发射扫描电子显微镜（sem）观测试样微观结构，利用hdx-1000tm显微硬度计以100g载荷、0.981n试验力、5s加载时间来测量试样截面显微硬度；采用ols4100型激光共聚焦显微镜分析化学镀及合金化后的表面形貌；电化学测试在10%盐酸溶液中进行，包括线性扫描伏安法(lsv)、动电位极化和电化学阻抗谱(eis)测量，使用solartron analytical modulab ecs系统在三电极模式下进行。

12、2、根据权利要求1所述的一种扫描电子束和化学镀复合处理45钢的方法，特征在于：步骤1前需进行切割处理，将45钢工件切割成50mm×50mm×50mm的方块，铣削过程中保持每个工件的进刀量一致、铣削速度相同，得到铣削后的试块。

13、3、根据权利要求1所述的一种扫描电子束和化学镀复合处理45钢的方法，特征在于：步骤2中采用化学镀方法在45钢表面沉积一层10μm镍磷镀层，得到待处理试样。

14、4、根据权利要求1所述的一种扫描电子束和化学镀复合处理45钢的方法，特征在于：步骤3中采用扫描电子束对化学镀后的试样进行合金化处理。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、1.本发明采用化学镀方式在45钢表面预涂覆镍磷镀层，然后采用扫描电子束对45钢表面进行合金化处理，在提高表面硬度的同时，还可有效提升试样表面耐腐蚀性；众所周知，化学镀层，尤其是镍基化学镀层被广泛用于提高不同功能产品的耐磨性和耐腐蚀性等，但镀层与基体的结合力还不够高；在这方面，需要对其进行热处理。本发明采用的扫描电子束和化学镀复合处理方式，在保证涂层质量情况下，通过大能量密度扫描电子束处理，使45钢快速加热达到材料熔点，而后迅速降温，急剧升温、骤冷过程使得试样合金区和热影响区组织发生转变，晶粒细化，同时镀层也与基体进行良好的冶金结合，实现了试样表面硬度和耐腐蚀性的大幅提升。

17、2.本发明关于扫描电子束处理45钢的过程是在真空加工室内进行，可保证加工过程环境无污染，避免45钢与外界接触；同时能量传递介质为电子，具有能量转换高、作用效果好等特点。

18、3.本发明制备的45钢基体显微硬度为230hv0.1，合金层最高显微硬度为930hv0.1，是基体硬度的4倍，即经过本发明电子束处理，45钢试块表面硬度得到显著提高。

技术特征：

1.一种扫描电子束和化学镀复合处理45钢的方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种扫描电子束和化学镀复合处理45钢的方法，特征在于：步骤1前处理需进行切割与铣削处理，将45钢工件切割成50 mm × 50 mm × 50 mm的试块。

3.根据权利要求1所述的一种扫描电子束和化学镀复合处理45钢的方法，特征在于：步骤2采用化学镀方法在45钢表面沉积一层镍磷镀层。

4.根据权利要求1所述的一种扫描电子束和化学镀复合处理45钢的方法，特征在于：步骤3采用扫描电子束对试样进行合金化处理。

技术总结
本发明公开一种扫描电子束和化学镀复合处理45钢的方法，具体包括以下步骤：步骤1：前处理，对试块工件进行切割、铣削，加工成方块，然后用超声波清洗机对加工后的工件进行清洗。步骤2：试样制备，采用化学镀方式在45钢表面沉积镍磷镀层。步骤3：电子束处理，采用电子束对试样进行连续扫描处理。步骤4：组织与性能测试，采用激光共聚焦显微镜观察表面形貌，扫描电子显微镜观察微观组织结构，利用显微硬度计测量硬度与电化学实验站测试其耐腐蚀性。即本发明公开的方法可以显著提升45钢表面硬度及其耐腐蚀性，具有极好的应用场景。

技术研发人员：刘宏泉
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27