[0045] 雙通氣粉同軸傳送裝置內(nèi)、螺旋氣粉罩3外設(shè)有與螺旋氣粉罩3外壁相切的兩個(gè)送 粉送氣通道，分別為第一送氣送粉通道與第二送氣送粉通道；
[0046] 第一送氣送粉通道分別開(kāi)有第一送氣口 1與第一送粉口 2;第二送氣送粉通道分別 開(kāi)有第二送氣口 3與第二送粉口 4;
[0047] 螺旋氣粉罩3的內(nèi)壁開(kāi)有螺旋氣粉槽6。
[0048] 螺旋氣粉槽6為變螺線-變螺距-變截面結(jié)構(gòu)，螺旋氣粉槽6包括雙螺旋槽、大截面 單螺旋槽、小截面單螺旋槽，槽為半圓槽;螺旋氣粉槽6頂端靠近氣粉通道入口處為雙螺旋 結(jié)構(gòu)的雙螺旋槽，槽直徑為4mm~7mm，且雙螺旋結(jié)構(gòu)至少有Ξ圈；
[0049] 兩個(gè)氣粉通道連通兩相鄰的雙螺旋槽處；
[0050] 與雙螺旋槽相連的為大截面單螺旋槽，槽直徑為7mm~12mm;與大截面單螺旋槽相 連的為小截面單螺旋槽，槽直徑為4mm~7mm。
[0051] 螺旋氣粉槽6從頂部到底部，其螺紋升角逐漸趨于平角，螺旋氣粉槽6螺紋升角為 0°~60%螺旋氣粉槽6在螺旋氣粉罩3出口的螺紋升角為0°~5°。
[0052] 螺旋氣粉罩3采用耐熱材料SiC陶瓷制造。
[0053] 送粉口和送氣口上均分別裝有送粉調(diào)速器和氣體流量計(jì)。
[0054] 螺旋氣粉罩3的氣粉出口呈縮頸狀，且縮頸面的延長(zhǎng)線指向電弧中屯、。
[0055] 所述的非烙化極氣體保護(hù)焊槍7外側(cè)用SiC陶瓷制造隔熱材料包裹，所述的非烙化 極氣體保護(hù)焊槍7,其外側(cè)上部加工的螺紋長(zhǎng)度至少為其直徑的兩倍。
[0056] 本發(fā)明的氮弧為氮?dú)夥针娀?，包括電弧和等離子弧;將氮化物合金粉末和鐵粉通 過(guò)雙通同軸氣粉罩混合均勻，經(jīng)氮弧加熱后送至待處理的鋼母材表面上，同時(shí)用氮弧加熱 烙化氮化物合金粉末、鐵粉和部分母材，通過(guò)電弧的電磁攬拌和焊槍的擺動(dòng)對(duì)烙池進(jìn)行攬 拌，使烙池中的合金元素與烙化的母材充分烙煉混合，烙池冷卻凝固即可在鋼表面形成高 氮鋼層。通過(guò)控制表面處理的參數(shù)匹配，可獲得不同氮含量、不同厚度的高氮鋼表面。
[0057] 采用的增氮原理，一方面，氮化物合金粉末、鐵粉和部分鋼母材在氮弧中加熱烙 化，氮弧中的氮進(jìn)入烙池，提高了烙池中的氮含量，同時(shí)氮弧中氮分壓較高，可W控制烙池 中已烙入氮的逸出；另一方面，氮化物合金粉末中含有大量的氮元素，在氮弧加熱過(guò)程中也 烙入了烙池中，進(jìn)一步提高了烙池中的含氮量。同時(shí)，氮化物合金粉末中還配有含有如Cr、 Mn、Mo等的合金元素，W確保氮元素 W原子形式固溶在所形成的高氮鋼層中。
[0化引實(shí)施例1
[0059] 利用如圖1所示的裝置，采用氮弧和氮化物原位冶金實(shí)現(xiàn)鋼表面增氮的方法，在 Q235B鋼表面獲得厚度為2mm的局氮鋼層。局氮鋼層的目標(biāo)成分如表1所不。
[0060] 表1目標(biāo)高氮鋼層的化學(xué)成分要求（％)
[0061]
[0062] 采用本發(fā)明所述的采用氮弧和氮化物原位冶金實(shí)現(xiàn)鋼表面增氮的方法，其具體步 驟為：
[0063] 步驟1，通過(guò)目標(biāo)高氮鋼層的目標(biāo)合金成分，確定鐵元素含量聽(tīng)e%;確定鐵粉作為 第一送氣送粉通道的送粉原料；
[0064] 根據(jù)目標(biāo)高氮鋼制品的目標(biāo)合金成分，確定合金粉末為第二送氣送粉通道的送粉 原料，確定所需的作為送粉原料的氮化物合金粉末中合金元素 i的含量Wif %比，經(jīng)修正關(guān) 系式Wif修正％ - Wif % X (1+μL+ξ)修正后得到粉末中合金元素 i含量的修正值Wif修正％，并配 制氮化物合金粉末;其中yi為燒損系數(shù)，yi = 0.2%~5%，ξ為散射飛瓣損失系數(shù)，ξ = 2%~ 8%;
[0065] 氮化物合金粉末原料包括:氮化銘粉末、氮化儘粉末、銘粉、金屬儘粉、鋼粉等。
[0066] 當(dāng)粉末按CrN: ΜηΝ: Cr: Μη: Mo = 4:4:18.85:11.8:1.5時(shí)，滿足高氮鋼層目標(biāo)成分含 量比。根據(jù)修正關(guān)系式Wif修正％ a Wif % X (1+μL+ξ)，修正得到原料粉末的配方為:CrN:MnN: 吐:111:1〇 = 4:4:19:12:1.5時(shí)，與鐵粉配合使用可^使02358鋼表面獲得高氮鋼層，且高氮 鋼層的理論成分為N: 1.66%, Μη: 15%, Cr: 22%, Mo: 1.5%,余量為鐵。
[0067] 步驟2,根據(jù)目標(biāo)高氮鋼中除鐵元素之外的合金元素 i的含量Wi%與鐵元素含量的 關(guān)系式
^得到所有合金元素與鐵元素的成分比α : β 3 2: 3 ;確定送入烙 池的合金粉末質(zhì)量沫與鐵粉的質(zhì)量mg?比為2:3，進(jìn)入烙池中的合金粉末質(zhì)量途I妹=Vf X At,進(jìn)入烙池的鐵粉質(zhì)量n?=VFeX At,其中Vf為添加合金粉末速率，單位為g/min;VFe 為添加鐵粉速率，單位為g/min; Δ t為時(shí)間，單位為min。
[00側(cè)步驟3,根據(jù)公式略鋪妹:雌?=(Vf X Δ t): (VpeX A t)=a:0，確定添加合金粉末速 率Vf與添加鐵粉速率VFe參數(shù)匹配關(guān)系，Vf : VFe = 2 : 3。
[0069] 步驟4，選取合適的電流I = 120A;選取合適的添加鐵粉速率VFe = 75g/min;其次，通 過(guò)公式Vf: VFe = α: β，得出添加合金粉末速率Vf = 52g/min;焊接速率V-般取8mm/min。另外， 雙通同軸氣粉傳送裝置上的第一送氣送粉通道通氮?dú)馑头?，其送氣速率為V氣1;第二送氣送 粉通道通氮?dú)馑头?，其送氣速率為V氣2;焊槍通10 % Ar+N2混合氣，其速率為V氣3，滿足V氣1 S V巧 * V氣3 = 20L/min。
[0070] 步驟5,啟動(dòng)本發(fā)明提供的利用氮弧和氮化物原位冶金實(shí)現(xiàn)鋼表面增氮的裝置，采 用雙通同軸氣粉傳送裝置上的送氣速率為V氣1、送氣速率為V氣2，W及焊槍通10%Ar+N2混合 氣速率為V氣3,滿足V氣1 S V巧S V氣3 = 20L/min，調(diào)節(jié)通道二添加氮化物合金粉末速率Vf = 52g/min、通道一添加鐵粉速率VFe = 75g/min，進(jìn)行焊接，對(duì)鋼表面進(jìn)行原位冶金增氮處理。
[0071] 在Q235B鋼表面上W速率v = 58.3cm/min進(jìn)行堆焊烙敷，最終在Q235B鋼表面獲得 厚度為2mm的高氮鋼層。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種采用氮弧和氮化物原位冶金實(shí)現(xiàn)鋼表面增氮的裝置，其特征在于，包括： 一非熔化極氣體保護(hù)焊槍(7); 一雙通同軸傳送裝置，其內(nèi)設(shè)有與非熔化極氣體保護(hù)焊槍(3)同軸的螺旋氣粉罩(3)， 螺旋氣粉罩(3)內(nèi)開(kāi)有與非熔化極氣體保護(hù)焊槍(7)緊固連接的螺紋； 雙通氣粉同軸傳送裝置內(nèi)、螺旋氣粉罩(3)外設(shè)有與螺旋氣粉罩(3)外壁相切的兩個(gè)送 粉送氣通道，分別為第一送氣送粉通道與第二送氣送粉通道； 所述的第一送氣送粉通道分別開(kāi)有第一送氣口（1)與第一送粉口（2);第二送氣送粉通 道分別開(kāi)有第二送氣口（4)與第二送粉口（5); 所述的螺旋氣粉罩(3)的內(nèi)壁開(kāi)有螺旋氣粉槽(6)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用氮弧和氮化物原位冶金實(shí)現(xiàn)鋼表面增氮的裝置，其特征 在于，所述的螺旋氣粉槽(6)為變螺線-變螺距-變截面結(jié)構(gòu)，螺旋氣粉槽(6)包括雙螺旋槽、 大截面單螺旋槽、小截面單螺旋槽，所述的螺旋氣粉槽(6)為半圓槽;螺旋氣粉槽(6)頂端靠 近氣粉通道入口處為雙螺旋結(jié)構(gòu)的雙螺旋槽，槽直徑為4mm~7mm，且所述的雙螺旋結(jié)構(gòu)至 少有三圈； 所述的兩個(gè)氣粉通道連通兩相鄰的雙螺旋槽處； 與所述的雙螺旋槽相連的為大截面單螺旋槽，槽直徑為7mm~12mm;與大截面單螺旋槽 相連的為小截面單螺旋槽，槽直徑為4~7mm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用氮弧和氮化物原位冶金實(shí)現(xiàn)鋼表面增氮的裝置，其特征 在于，所述的螺旋氣粉槽(6)從頂部到底部，其螺紋升角逐漸趨于平角，螺旋氣粉槽(6)螺紋 升角為0°~60° ;螺旋氣粉槽(6)在螺旋氣粉罩(3)出口的螺紋升角為0°~5°。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用氮弧和氮化物原位冶金實(shí)現(xiàn)鋼表面增氮的裝置，其特征 在于，所述的螺旋氣粉罩(3)采用耐熱材料SiC陶瓷制造。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用氮弧和氮化物原位冶金實(shí)現(xiàn)鋼表面增氮的裝置，其 特征在于，所述的送粉口和送氣口上均分別裝有送粉調(diào)速器和氣體流量計(jì)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用氮弧和氮化物原位冶金實(shí)現(xiàn)鋼表面增氮的裝置，其特征 在于，所述的螺旋氣粉罩(3)的氣粉出口呈縮頸狀，且縮頸面的延長(zhǎng)線指向電弧中心。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用氮弧和氮化物原位冶金實(shí)現(xiàn)鋼表面增氮的裝置，其特征 在于，所述的非熔化極氣體保護(hù)焊槍(7)外側(cè)用SiC陶瓷制造隔熱材料包裹，所述的非熔化 極氣體保護(hù)焊槍(7)，其外側(cè)上部加工的螺紋長(zhǎng)度至少為其直徑的兩倍。
【專利摘要】本發(fā)明屬于材料表面處理領(lǐng)域，具體為一種采用氮弧和氮化物原位冶金增氮技術(shù)實(shí)現(xiàn)鋼表面快速高氮鋼化的裝置及其方法，將氮化物合金粉末和鐵粉通過(guò)雙通同軸螺旋氣粉罩混合均勻，經(jīng)氮弧加熱后送至待處理的鋼母材表面上，同時(shí)用氮弧加熱熔化氮化物合金粉末、鐵粉和部分母材，通過(guò)電弧的電磁攪拌和焊槍的擺動(dòng)對(duì)熔池進(jìn)行攪拌，使熔池中的合金元素與熔化的母材充分熔煉混合，熔池冷卻凝固即可在鋼表面形成高氮鋼層。本發(fā)明處理后的高氮鋼層氮含量高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)表面增氮處理所能獲得的最大含氮量。并通過(guò)增氮過(guò)程的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，可獲得不同成分及性能的高氮鋼層。
【IPC分類】C23C24/10
【公開(kāi)號(hào)】CN105525289
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610006487
【發(fā)明人】周琦, 孔見(jiàn), 王克鴻, 周春東, 朱軍, 彭勇, 孫宏宇, 蔡雅君
【申請(qǐng)人】江蘇爍石焊接科技有限公司
【公開(kāi)日】2016年4月27日
【申請(qǐng)日】2016年1月6日