本發(fā)明屬于鎢極氬弧焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種粉煤灰活性氬弧重熔Q235鋼基體表面B-C-N共滲層及其制備方法。

背景技術(shù)：

活性鎢極氬弧焊(簡(jiǎn)稱A-TIG焊)技術(shù)是指在基體的表面涂上一層很薄的焊劑，進(jìn)而增大了焊縫熔深的一種方法，A-TIG焊是一種新的控制焊接接頭質(zhì)量和焊縫熔深的有效工藝，A-TIG焊使用活性劑，既可保留TIG焊原有的焊接優(yōu)勢(shì)，在很大程度上增加了熔深，并且提高焊接效率、降低成本，使氬弧焊的使用范圍擴(kuò)大。A-TIG焊焊劑的研究主要建立在活性劑成分的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同的金屬基材制定相應(yīng)的焊劑成分及工藝參數(shù)，適用于低碳鋼、不銹鋼、有色合金等材料的活性劑已陸續(xù)研制出來(lái)，采用活性劑在低碳鋼表面進(jìn)行A-TIG焊，與常規(guī)TIG焊相比，能夠獲得更好的焊縫深寬比[參考文獻(xiàn)：劉聰.Q235A碳鋼活性A-TIG點(diǎn)焊的焊接性研究[J].黑龍江冶金,2011,31(3):7-10]。目前，針對(duì)碳鋼、不銹鋼、鎂合金、鋁合金及鈦合金均已開發(fā)出了不同的焊接活性劑，已經(jīng)確認(rèn)可以用作活性焊劑的有SiO₂、TiO₂、NaCl、CaF₂、Cr₂O₃、MgO和CaO等物質(zhì)，但迄今為止，絕大多數(shù)學(xué)者均采用分析純級(jí)別的上述物質(zhì)進(jìn)行研究。

粉煤灰是煤經(jīng)燃燒后排放的廢料，主要是來(lái)自以煤粉為主要燃料的發(fā)電廠和供熱的鍋爐，我國(guó)每年粉煤灰渣的排放量很高，粉煤灰排放量逐漸增長(zhǎng)，并導(dǎo)致占地和水資源嚴(yán)重浪費(fèi)，并且由此產(chǎn)生的環(huán)境負(fù)荷也日益加重，嚴(yán)重地威脅著生態(tài)環(huán)境。但是粉煤灰所含的活性氧化物Al₂O₃、SiO₂的含量超過(guò)70％，其它成分如MgO、CaO也均為活性氧化物，這為制備A-TIG焊接活性劑提供了可行性。

鎢極氬弧重熔是重熔技術(shù)的一種，鎢極氬弧重熔是以鎢棒為電極，氬氣作為保護(hù)，通過(guò)電弧能量對(duì)工件表面或涂層進(jìn)行強(qiáng)化的一種重熔方法。該方法工藝成本低，操作簡(jiǎn)單，易于普及，因此，在應(yīng)用上具有很大的優(yōu)勢(shì)。目前，鎢極氬弧重熔技術(shù)已被越來(lái)越多地應(yīng)用于零部件的表面強(qiáng)化。在金屬材料表面進(jìn)行滲硼等其他元素可使材料表面具有更高的耐磨性、耐熱蝕以及硬度等特殊物理性能。但是滲層通常具有較脆、磨裂傾向大、組織不均勻等缺陷，從而不能充分發(fā)揮材料的優(yōu)異性能，采用鎢極氬弧重熔工藝對(duì)滲層進(jìn)行強(qiáng)化處理可以有效地消除滲層的一些缺陷。趙霞等[參考文獻(xiàn)：趙霞,朱艷,徐家文.氬弧重熔對(duì)20G鋼滲硼層組織結(jié)構(gòu)和耐磨性能的影響[J].材料保護(hù),2011,44(8):75-77]采用鎢極氬弧重熔技術(shù)對(duì)20G鋼的滲硼層進(jìn)行處理，實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)滲硼層氬弧重熔前后的組織形貌、相的結(jié)構(gòu)、微觀硬度和耐磨性能進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：經(jīng)鎢極氬弧重熔處理后，消除了FeB相，形成了Fe₂₃(C,B)₆和Fe₂B相，硬度有所降低，硬度梯度變緩，但鎢極氬弧重熔使?jié)B硼層的耐磨性能得到有效地改善。

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(wèn)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：

本發(fā)明提供了一種粉煤灰活性氬弧重熔Q235鋼基體表面B-C-N共滲層及其制備方法，涉及一種粉煤灰復(fù)合活性劑及其在B-C-N共滲層氬弧重熔中的應(yīng)用。本發(fā)明以高鋁粉煤灰為主要原料制備粉煤灰復(fù)合活性劑，同時(shí)，將粉煤灰復(fù)合活性劑與氬弧重熔工藝相結(jié)合，對(duì)B-C-N三元共滲層進(jìn)行活性氬弧重熔，實(shí)現(xiàn)等量熱輸入條件下增大焊縫熔深，并且改善材料表面硬度、耐磨和耐蝕性，提高機(jī)械零部件的使用壽命。

本發(fā)明以高鋁粉煤灰為主要原料，SiO₂、Cr₂O₃、NaF和Y₂O₃為輔助活性劑成分制備粉煤灰復(fù)合活性劑，所述的粉煤灰復(fù)合活性劑中各組分的質(zhì)量百分含量為：90％～95％脫碳處理后的高鋁粉煤灰和5％～10％的輔助活性劑；所述的輔助活性劑中，SiO₂為14～15％、Cr₂O₃為58～59％，NaF為24～25％和Y₂O₃為2～3％。

優(yōu)選的，94.5％脫碳處理后的高鋁粉煤灰、0.781％SiO₂、3.252％Cr₂O₃、1.352％NaF和0.151％Y₂O₃。數(shù)據(jù)取舍處理后為，94.5％脫碳處理后的高鋁粉煤灰、0.8％SiO₂、3.2％Cr₂O₃、1.3％NaF和0.2％Y₂O₃。

本發(fā)明提供的一種粉煤灰活性氬弧重熔Q235鋼基體表面B-C-N共滲層的方法，具體包括如下步驟：

第一步，基體材料的預(yù)處理；

所述的基體材料為熱軋態(tài)Q235鋼。

第二步，預(yù)處理基體表面制備B-C-N共滲層；

將預(yù)處理的基體試樣與B-C-N滲劑裝入圓柱形低碳鋼滲罐中，然后用黃泥密封，自然陰干；將陰干的滲罐放入SX2-8-10中溫箱式電阻爐中包埋滲，制得B-C-N共滲層。

所述包埋滲的工藝參數(shù)為：300℃保溫1h，500℃保溫5h，800℃保溫1.5h，900℃保溫12h。

第三步，B-C-N共滲層表面涂覆一層粉煤灰復(fù)合活性劑；

將粉煤灰復(fù)合活性劑與丙酮混合均勻，并用毛刷均勻涂于B-C-N共滲層表面。

第四步，B-C-N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B-C-N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°，電弧長(zhǎng)度為2～4mm，氬氣流量為6.5～10L/min，焊接電流為80～200A，焊接速度為95～185mm/min。

優(yōu)選的，所述的焊接電流為180A，焊接速度為125mm/min。

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)保型粉煤灰復(fù)合活性劑，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B-C-N共滲試樣、常規(guī)氬弧重熔試樣和活性氬弧重熔試樣的截面顯微組織金相照片；

圖2A、2B分別為常規(guī)氬弧重熔試樣和活性氬弧重熔試樣的掃描電子顯微鏡圖片；

圖3A、3B、3C分別為B-C-N共滲層、常規(guī)氬弧重熔層和活性氬弧重熔層的XRD圖譜；

圖4為B-C-N共滲試樣、常規(guī)氬弧重熔試樣和活性氬弧重熔試樣的表層顯微硬度梯度曲線。

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)明提供一種粉煤灰活性及其在B-C-N共滲層氬弧重熔中的應(yīng)用，所述的粉煤灰活性劑是一種粉煤灰復(fù)合活性劑，所述的粉煤灰復(fù)合活性劑以高鋁粉煤灰為主要原料，SiO₂、Cr₂O₃、NaF和Y₂O₃為輔助活性劑成分。所述的高鋁粉煤灰中Al₂O₃和SiO₂的質(zhì)量百分含量高于70wt.％，發(fā)電廠直接排放的高鋁粉煤灰中含有少量的未燃盡的碳，試驗(yàn)前將所述的高鋁粉煤灰在750℃保溫時(shí)間2h進(jìn)行脫碳處理。

所述的粉煤灰復(fù)合活性劑中各組分的質(zhì)量百分含量為：90％～95％脫碳處理后的高鋁粉煤灰和5％～10％的輔助活性劑，所述的輔助活性劑中，SiO₂為14～15％、Cr₂O₃為58～59％，NaF為24～25％和Y₂O₃為2～3％。

所述的粉煤灰活性劑在B-C-N共滲層氬弧重熔中的應(yīng)用，包括有下列步驟：

第一步，基體材料的預(yù)處理；

所述的基體材料選取熱軋態(tài)Q235鋼，采用剪板機(jī)切割鋼板成尺寸100mm×30mm×6mm；采用砂紙除去銹層和氧化皮，保證其露出金屬光澤，然后用丙酮和無(wú)水乙醇清洗。

第二步，在預(yù)處理基體表面制備B-C-N共滲層；

將預(yù)處理的基體與B-C-N滲劑裝入圓柱形低碳鋼滲罐中，然后用黃泥密封，自然陰干；將陰干的滲罐放入SX2-8-10型中溫箱式電阻爐中包埋滲，制得B-C-N共滲層。

所述的B-C-N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、滲碳劑和尿素，所述的催滲劑包括NH₄Cl、KBF₄和CeO₂，所述的填充劑為Al₂O₃。所述的B-C-N滲劑中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：B₄C為5％、滲碳劑為10％、尿素為5％、NH₄Cl為2％、KBF₄為5％、CeO₂為2％、Al₂O₃為71％。

所述包埋滲的工藝參數(shù)為：300℃保溫1h，570℃保溫5h，800℃保溫1.5h，900℃保溫12h，隨爐冷卻降溫。

第三步，B-C-N共滲層表面涂覆一層粉煤灰復(fù)合活性劑；

將粉煤灰復(fù)合活性劑與丙酮混合均勻，并用毛刷均勻涂于B-C-N共滲層表面。

所述的粉煤灰復(fù)合活性劑以高鋁粉煤灰為主要原料，SiO₂、Cr₂O₃、NaF和Y₂O₃為輔助活性劑成分制備粉煤灰復(fù)合活性劑，所述的粉煤灰復(fù)合活性劑中各組分的質(zhì)量百分含量為：90％～95％脫碳處理后的高鋁粉煤灰和5％～10％的輔助活性劑；所述的輔助活性劑中，SiO₂為14～15％、Cr₂O₃為58～59％，NaF為24～25％和Y₂O₃為2～3％。

所述的高鋁粉煤灰中Al₂O₃和SiO₂的質(zhì)量百分含量高于70wt.％，發(fā)電廠直接排放的粉煤灰中含有少量的未燃盡的碳，試驗(yàn)前將高鋁粉煤灰在750℃保溫時(shí)間2h進(jìn)行脫碳處理，脫炭處理后的高鋁粉煤灰的成分組成(質(zhì)量百分含量)如表1所示。

表1脫碳處理后的高鋁粉煤灰的基本組成

第四步，B-C-N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B-C-N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°，電弧長(zhǎng)度為2～4mm，氬氣流量為6.5～10L/min，焊接電流為100A，焊接速度為185mm/min。鎢極尖端距離工件表面1mm。

下面給出具體實(shí)施例。

實(shí)施例1

根據(jù)本發(fā)明提供的粉煤灰復(fù)合活性劑在B-C-N共滲層氬弧重熔中的應(yīng)用，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行氬弧重熔：

第一步，選取Q235鋼為基體，并進(jìn)行表面預(yù)處理。

第二步，在預(yù)處理的基體表面包埋滲方法制備B-C-N共滲層。

所述包埋滲的工藝參數(shù)為：300℃保溫1h，570℃保溫5h，800℃保溫1.5h，900℃保溫12h，隨爐冷卻降溫。

所述的包埋滲采用B-C-N滲劑中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：B₄C為5％、滲碳劑為10％、尿素為5％、NH₄Cl為2％、KBF₄為5％、CeO₂為2％、Al₂O₃為71％。

第三步，B-C-N共滲層表面涂覆一層粉煤灰復(fù)合活性劑；

所述的粉煤灰復(fù)合活性劑中，按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，包括95％的脫碳處理后的高鋁粉煤灰和5％的輔助活性劑，所述的輔助活性劑中，SiO₂為14％、Cr₂O₃為58％，NaF為24％和Y₂O₃為2％。

將粉煤灰復(fù)合活性劑與丙酮混合均勻，并用毛刷均勻涂于B-C-N共滲層表面。

第四步，采用活性氬弧重熔工藝，在B-C-N共滲層表面制備活性氬弧重熔層。

所述活性氬弧重熔工藝參數(shù)包括鎢極直徑為2.0mm，鎢極材料為鈰鎢極，鎢極尖角為45°，電弧長(zhǎng)度為2mm，氬氣流量為7L/min，焊接電流為180A，焊接速度為110mm/min。鎢極尖端距離工件表面1mm。得到的活性重熔層的深寬比達(dá)到0.57。

實(shí)施例2

采用本發(fā)明提供的粉煤灰復(fù)合活性劑在B-C-N共滲層氬弧重熔中的應(yīng)用方法，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行氬弧重熔：

第一步和第二步同實(shí)施例1。

第三步，B-C-N共滲層表面涂覆一層粉煤灰復(fù)合活性劑；

所述的粉煤灰復(fù)合活性劑中，按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，包括95％的脫碳處理后的高鋁粉煤灰和5％的輔助活性劑，所述的輔助活性劑中，SiO₂為15％、Cr₂O₃為59％，NaF為25％和Y₂O₃為3％。

將粉煤灰復(fù)合活性劑與丙酮混合均勻，并用毛刷均勻涂于B-C-N共滲層表面。

第四步，采用活性氬弧重熔工藝，在B-C-N共滲層表面制備活性氬弧重熔層。

所述活性氬弧重熔工藝參數(shù)包括鎢極直徑為2.0mm，鎢極材料為鈰鎢極，鎢極尖角為45°，電弧長(zhǎng)度為2mm，氬氣流量為7L/min，焊接電流為80A，焊接速度為110mm/min。鎢極尖端距離工件表面1mm。制備得到的活性氬弧重熔層中，焊縫熔深達(dá)到1.96mm，與常規(guī)TIG焊相比提高1.98倍。

實(shí)施例3

采用本發(fā)明提供的粉煤灰復(fù)合活性劑在B-C-N共滲層氬弧重熔中的應(yīng)用方法，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行氬弧重熔：

第一步和第二步同實(shí)施例1。

第三步，B-C-N共滲層表面涂覆一層粉煤灰復(fù)合活性劑；

所述的粉煤灰復(fù)合活性劑中，按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，包括95％的脫碳處理后的高鋁粉煤灰和5％的輔助活性劑，所述的輔助活性劑中，SiO₂為14.1％、Cr₂O₃為58.7％，NaF為24.4％和Y₂O₃為2.8％。

將粉煤灰復(fù)合活性劑與丙酮混合均勻，并用毛刷均勻涂于B-C-N共滲層表面。

第四步，采用活性氬弧重熔工藝，在B-C-N共滲層表面制備活性氬弧重熔層。

所述活性氬弧重熔工藝參數(shù)包括鎢極直徑為2.0mm，鎢極材料為鈰鎢極，鎢極尖角為45°，電弧長(zhǎng)度為2mm，氬氣流量為7L/min，焊接電流為200A，焊接速度為110mm/min。鎢極尖端距離工件表面1mm。制備得到的活性氬弧重熔層中，焊縫熔深達(dá)到5.59mm，是常規(guī)TIG焊焊縫熔深(2.26mm)的2.47倍。

實(shí)施例4

采用本發(fā)明提供的粉煤灰復(fù)合活性劑在B-C-N共滲層氬弧重熔中的應(yīng)用方法，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行氬弧重熔：

第一步、第二步和第三步同實(shí)施例3。

第四步，采用活性氬弧重熔工藝，在B-C-N共滲層表面制備活性氬弧重熔層。

所述活性氬弧重熔工藝參數(shù)包括鎢極直徑為2.0mm，鎢極材料為鈰鎢極，鎢極尖角為45°，電弧長(zhǎng)度為2mm，氬氣流量為6.5L/min，焊接電流為145A，焊接速度為95mm/min。鎢極尖端距離工件表面1mm。制備得到的活性氬弧重熔層中，深寬比大于0.41。

實(shí)施例5

采用本發(fā)明提供的粉煤灰復(fù)合活性劑在B-C-N共滲層氬弧重熔中的應(yīng)用方法，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行氬弧重熔：

第一步、第二步和第三步同實(shí)施例3。

第四步，采用活性氬弧重熔工藝，在B-C-N共滲層表面制備活性氬弧重熔層。

所述活性氬弧重熔工藝參數(shù)包括鎢極直徑為2.0mm，鎢極材料為鈰鎢極，鎢極尖角為45°，電弧長(zhǎng)度為2mm，氬氣流量為6.5L/min，焊接電流為145A，焊接速度為125mm/min。鎢極尖端距離工件表面1mm。制備得到的活性氬弧重熔層中，焊縫深寬比達(dá)到0.54，比無(wú)活性劑焊縫深寬比提高1.8倍。

實(shí)施例6

采用本發(fā)明提供的粉煤灰復(fù)合活性劑在B-C-N共滲層氬弧重熔中的應(yīng)用方法，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行氬弧重熔：

第一步、第二步和第三步同實(shí)施例3。

第四步，采用活性氬弧重熔工藝，在B-C-N共滲層表面制備活性氬弧重熔層。

所述活性氬弧重熔工藝參數(shù)包括鎢極直徑為2.0mm，鎢極材料為鈰鎢極，鎢極尖角為45°，電弧長(zhǎng)度為2mm，氬氣流量為10L/min，焊接電流為145A，焊接速度為185mm/min。鎢極尖端距離工件表面1mm。

實(shí)施例7:

應(yīng)用本發(fā)明提供的制備方法，在Q235鋼基體的B-C-N共滲層表面制備活性氬弧重熔層，制備過(guò)程中采用的粉煤灰復(fù)合活性劑中各組分的質(zhì)量百分含量為：94.5％粉煤灰、0.781％SiO₂、3.252％Cr₂O₃、1.352％NaF和0.151％Y₂O₃。進(jìn)行活性氬弧重熔過(guò)程中采用的電弧長(zhǎng)度為3mm，氬氣流量為10L/min，焊接電流為100A，焊接速度為240mm/min，得到活性氬弧重熔層。

上述實(shí)施例1～7中分別制備得到一種活性氬弧重熔層。與常規(guī)TIG焊相比，粉煤灰作為活性劑可提高焊縫深寬比。B-C-N滲層的顯微組織由FeB、Fe₂B、Fe₃B、Fe₂N、Fe₈N和Fe₃C相組成，活性TIG重熔層中出現(xiàn)了Fe₂Si和Al₈Fe₂Si等新相。氬弧重熔可以消除B-C-N滲層中孔隙和夾雜，細(xì)化組織，提高表面層的致密性。B-C-N滲層最大的顯微硬度值為1198.4HV，經(jīng)常規(guī)TIG重熔和活性TIG重熔后，重熔層的最高硬度值分別為1192.8HV和1078.8HV，顯微硬度略有降低，但表面到基體硬度變化平緩，活性氬弧重熔硬度梯度更加平緩，這表明活性劑的加入可以有效地改善滲層組織。所述活性氬弧重熔層的耐粘著磨損性能、耐磨性和耐沖蝕磨損性能均有很大提高。下面通過(guò)具體的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行說(shuō)明。

對(duì)照組1：

采用氬弧重熔工藝在Q235鋼基體的B-C-N共滲層表面制備常規(guī)氬弧重熔層，其余步驟和參數(shù)同實(shí)施例6，得到常規(guī)氬弧重熔層。

下面結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)一步說(shuō)明所述的活性氬弧重熔層的性能。

圖1A～1C分別為B-C-N共滲試樣、常規(guī)氬弧重熔試樣和活性氬弧重熔試樣的截面顯微組織金相照片，從圖1A可以看出，B-C-N共滲試樣表層組織為針狀滲硼組織，次表層和過(guò)渡區(qū)有少量的碳、氮的化合物，過(guò)渡區(qū)域晶粒較基體更為粗大，過(guò)渡區(qū)黑色的珠光體明顯多于基體，說(shuō)明有碳的富集現(xiàn)象。從圖1B和1C可以看出，常規(guī)氬弧重熔試樣和活性氬弧重熔試樣的重熔區(qū)內(nèi)共滲層原有的齒狀結(jié)構(gòu)已經(jīng)完全得到改變，滲層內(nèi)部的疏松、孔洞等缺陷都全部消除，組織形態(tài)發(fā)生很大的變化，晶粒由原來(lái)的粗大針狀組織變得細(xì)小。

使用掃描電鏡對(duì)常規(guī)氬弧重熔試樣與活性氬弧重熔試樣的表面進(jìn)行微觀形貌觀察，如圖2A和2B所示，從圖中可以看出，活性氬弧重熔試樣比常規(guī)氬弧重熔試樣組織更加細(xì)小、均勻，粉煤灰復(fù)合活性劑的加入使重熔層的組織更加細(xì)小，此外，粉煤灰復(fù)合活性劑的加入夠有效的提高重熔層的致密性，重熔層不易形成大面積的脫落，有助于提高重熔層的塑性和耐磨性能。

圖3A～3C為B-C-N共滲層、常規(guī)氬弧重熔層和活性氬弧重熔層的XRD圖譜，可以看出，B-C-N共滲層由FeB、Fe₂B、Fe₃B、Fe₂N、Fe₈N和Fe₃C相組成，氬弧重熔工藝消除了FeB、Fe₂N和Fe₈N相，并且形成了新的Fe₂₃(B,C)₆和Fe₃N相；此外，還可以發(fā)現(xiàn)，粉煤灰復(fù)合活性劑的加入導(dǎo)致活性氬弧重熔層中出現(xiàn)了Fe₂Si和Al₈Fe₂Si相，這些相的出現(xiàn)會(huì)改善氬弧重熔組織的耐磨性能。

圖4是B-C-N共滲層、常規(guī)氬弧重熔試樣和活性氬弧重熔試樣的表層顯微硬度梯度曲線，可以看出，B-C-N共滲層中由共滲層表面向心部，顯微硬度先增大后減小，硬度最高值達(dá)到1198.4HV。常規(guī)氬弧重熔試樣和活性氬弧重熔試樣的最高硬度值分別為1192.8HV和1078.8HV，顯微硬度最高值略有降低，但硬化層加深，硬度梯度變緩，這是由于氬弧重熔過(guò)程中的擴(kuò)散和對(duì)流作用，使合金元素重新分布，稀釋了重熔區(qū)硬質(zhì)顆粒的濃度，重熔后FeB相消除，形成Fe₂₃(C,B)₆合金相，表面脆性降低，有助于提高耐磨性；同時(shí)，由于硬質(zhì)顆粒在氬弧加熱時(shí)，由于對(duì)流作用向Q235基體內(nèi)部擴(kuò)散，使硬化層加深，硬度梯度變緩。與常規(guī)氬弧重熔相比，活性氬弧重熔試樣硬度梯度變得更緩，說(shuō)明氬弧重熔在粉煤灰活性劑的作用下，能夠進(jìn)一步促進(jìn)硬質(zhì)顆粒向基體內(nèi)部擴(kuò)散，使合金相濃度被稀釋，硬化層加深。

表3為試驗(yàn)力為100N時(shí)粘著磨損失測(cè)試結(jié)果，可以看出，B-C-N共滲層的磨損量為0.0058g，是Q235基體耐磨性為1.95倍，常規(guī)氬弧重熔試樣和活性氬弧重熔試樣的相對(duì)耐磨性分別為Q235基體的3.23倍和4.52倍；可見，粉煤灰復(fù)合活性劑的加入提高了重熔層的耐磨性。

表3粘著磨損測(cè)試結(jié)果

表4為磨粒磨損測(cè)試結(jié)果，可以看出，B-C-N共滲試樣的相對(duì)耐磨性為Q235基體的2.77倍，常規(guī)氬弧重熔試樣的相對(duì)耐磨性為Q235基體的3.76倍，活性氬弧重熔試樣的相對(duì)耐磨性為Q235基體的3.91倍；可見，活性氬弧重熔可以更有效地提高B-C-N共滲層的耐磨粒磨損性能。

表4磨粒磨損測(cè)試結(jié)果

表5為沖蝕磨損粒子水和石英砂體積比為5000:1600時(shí)沖蝕磨損性能測(cè)試結(jié)果，可以看出，B-C-N共滲試樣耐沖蝕性能是Q235基體的1.84倍；常規(guī)氬弧重熔試樣和活性氬弧重熔試樣的耐沖蝕性能分別是Q235基體的2.00倍和2.09倍；可見，氬弧重熔可以提高B-C-N共滲層的耐沖蝕磨損性能。

表5水和石英砂體積比為5000:1600時(shí)的測(cè)試結(jié)果

表6為沖蝕磨損粒子水和石英砂體積比為5000:2800時(shí)耐沖蝕性測(cè)試結(jié)果，可以看出，B-C-N共滲試樣耐沖蝕性能是Q235基體的2.26倍，常規(guī)氬弧重熔試樣和活性氬弧重熔試樣的耐沖蝕性能分別是Q235基體的2.46倍和2.56倍；可見，重熔處理可以有效提高B-C-N共滲層抗沖蝕磨損性能，粉煤灰活性劑在重熔中的作用效果增大。

表6水和石英砂體積比為5000:2800時(shí)的測(cè)試結(jié)果

表7為沖蝕磨損粒子水和石英砂體積比為5000:4000時(shí)沖蝕磨損性能測(cè)試結(jié)果，可以看出，B-C-N共滲試樣耐沖蝕性能是Q235基體的2.25倍，常規(guī)氬弧重熔試樣和活性氬弧重熔試樣的耐沖蝕性能分別是Q235基體的2.27倍和2.58倍；可見，重熔處理有效提高了B-C-N共滲層抗沖蝕磨損性能，此外，隨著磨損粒子水和石英砂濃度比增加，粉煤灰復(fù)合活性劑在氬弧重熔中的作用效果增大。

表7水和石英砂體積比為5000:4000時(shí)的測(cè)試結(jié)果

表8是沖蝕磨損粒子水和石英砂體積比為5000:2800、沖擊轉(zhuǎn)數(shù)為400r/min時(shí)的沖蝕磨損測(cè)試結(jié)果，可以看出，B-C-N共滲層的耐沖蝕磨損性能是Q235基體1.67倍，常規(guī)氬弧重熔試樣和活性氬弧重熔試樣的耐沖蝕磨損性能分別是Q235基體的1.95倍和2.53倍；可見，較高的轉(zhuǎn)速下，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8 400r/min時(shí)的測(cè)試結(jié)果

表9為沖擊轉(zhuǎn)數(shù)為400r/min、海水與石英砂的體積比為5000：2800時(shí)沖蝕磨損的測(cè)試結(jié)果，可以看出，B-C-N滲層的耐沖蝕磨損是Q235基體的1.82倍，常規(guī)氬弧重熔試樣和活性氬弧重熔試樣的耐沖蝕磨損性能分別是Q235基體的1.94倍和2.78倍；可見，粉煤灰復(fù)合活性劑的加入對(duì)于重熔層在海水介質(zhì)中耐沖蝕性能提高，此外，沖蝕磨損時(shí)間越長(zhǎng)，活性氬弧重熔試樣耐沖蝕磨損性能越好。

表9 400r/min時(shí)的海水沖蝕磨損測(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-N共滲試樣、常規(guī)氬弧重熔試樣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，掃描速度為10°/min，掃描范圍為10～90°。

(2)顯微硬度測(cè)試：試樣經(jīng)3％硝酸酒精腐蝕后，在型號(hào)為HV-1000Z的顯微硬度計(jì)上測(cè)量B-C-N共滲試樣、常規(guī)氬弧重熔試樣和活性氬弧重熔試樣的顯微硬度；測(cè)量時(shí)選用0.1Kgf(0.98N)負(fù)荷，加載時(shí)間為10s。

(3)粘著磨損性能測(cè)試：在MM-10GMMU型磨料磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的，測(cè)試載荷為100N，測(cè)試速度為200r/min，磨損時(shí)間為5min，實(shí)驗(yàn)是在室溫的環(huán)境下進(jìn)行的。

(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)所施加的載荷為20N，對(duì)磨材料為2#金相砂紙，磨損時(shí)間分別為5min、10min、15min；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，計(jì)算單位面積失重。

(5)沖蝕磨損性能測(cè)試：在MSH型腐蝕磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行沖蝕磨損，實(shí)驗(yàn)條件為：沖蝕粒子(石英砂)尺寸為50-70目，沖蝕角為90°，介質(zhì)濃度(水與石英砂的體積比)分別采用5000：1600、5000：2800、5000：4000，沖蝕磨損轉(zhuǎn)速采用400r/min；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。海水沖蝕磨損的介質(zhì)濃度為5000：2800，其他條件同上。