一种40Cr钢表面堆焊耐磨层及其制备方法与流程

本发明属于钢铁表面耐磨层技术领域，具体涉及一种40Cr钢表面堆焊耐磨层，本发明还涉及该耐磨层的制备方法。

背景技术：

随着我国科学技术的发展，制造行业也有了突飞猛进的进展，40Cr钢作为我国机械制造行业中最常用的材料之一。40Cr钢属于中碳低合金高强度调质钢，其抗拉强度、屈服强度、以及淬透性等性能均优于45钢，在经过调质处理后具有优良的综合力学性能，良好的低温冲击韧性和低的缺口敏感性，由于其优良的综合性能，40Cr钢常被用作生产汽车半轴、齿轮、轴、蜗杆等构件。

构件的失效往往最早表现在其表面上，提高材料表面的性能对于抵抗失效起到一定作用，并在一定程度上延长构件的使用寿命，降低成本。一些国内外研究学者通过各种表面改性技术来制备和研究涂层以期望提高材料表面的质量，在涂层选用中最常见的为Fe基和Ni基，通过添加Si、B等类金属元素来提高涂层的性能并使涂层与基体间的成分相近，从而获得结合良好、无缺陷的涂层。

40Cr钢由于其所处工作环境一般承载较大的载荷、磨损以及腐蚀而导致构件产生裂纹甚至断裂失效。对40Cr钢表面进行修补堆焊并延长其使用寿命成为目前较为关注的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种40Cr钢表面堆焊耐磨层，该涂层能够改善40Cr钢表面的硬度，并进一步提高其耐磨、耐蚀性能。

本发明的另一个目的是提供一种40Cr钢表面堆焊耐磨层的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种40Cr钢表面堆焊耐磨层，包括覆盖在40Cr钢表面的耐磨层，耐磨层为Fe基涂层、Ni基涂层或Co基涂层；

Fe基涂层按质量百分比由以下原料组分组成：碳粉0.1％-0.2％，铬粉15.5％-17％，硅粉1％-1.5％，钼粉0.1％-0.2％，镍粉1.5％-2.0％，铁粉79％-81％，以上组分质量百分比之和为100％；

Ni基涂层按质量百分比由以下原料组分组成：碳粉0.2％-0.5％，铬粉5％-7％，硅粉0.1％-1％，硼粉0.1％-1％，镍粉91％-93％，铁粉0.4％-0.6％，以上组分质量百分比之和为100％；

Co基涂层按质量百分比由以下原料组分组成：碳粉0.6％-0.8％，铬粉25％-27％，硅粉1％-2％，钨粉5％-7％，钴粉64％-66％，硼粉0.4％-0.7％，以上组分质量百分比之和为100％。

本发明的特点还在于：

组成Fe基涂层的原料粉中的碳粉粒度为100目，其余原料粉粒度均为60目；

组成Ni基涂层的原料粉中的碳粉粒度为100目，其余原料粉粒度均为60目；

组成Co基涂层的原料粉中的碳粉粒度为100目，其余原料粉粒度均为60目。

本发明所采用的另一个技术方案是，上述一种40Cr钢表面堆焊耐磨层的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：称取制备耐磨层所需的原料粉末；

按以下质量百分比称取制备Fe基涂层所需的原料粉末：碳粉0.1％-0.2％，铬粉15.5％-17％，硅粉1％-1.5％，钼粉0.1％-0.2％，镍粉1.5％-2.0％，铁粉79％-81％，以上组分质量百分比之和为100％；

或按以下质量百分比称取制备Ni基涂层所需的原料粉末：碳粉0.2％-0.5％，铬粉5％-7％，硅粉0.1％-1％，硼粉0.1％-1％，镍粉91％-93％，铁粉0.4％-0.6％，以上组分质量百分比之和为100％；

或按以下质量百分比称取制备Co基涂层所需的原料粉末：碳粉0.6％-0.8％，铬粉25％-27％，硅粉1％-2％，钨粉5％-7％，钴粉64％-66％，硼粉0.4％-0.7％，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2：制备耐磨层粉末，即制备Fe基涂层粉末、制备Ni基涂层粉末或制备Co基涂层粉末；

步骤3：在40Cr钢表面堆焊耐磨层粉末，所述耐磨层粉末为Fe基涂层粉末、Ni基涂层粉末或Co基涂层粉末。

本发明的特点还在于，

步骤2的具体制备过程为：

当制备Fe基涂层粉末时，将除碳粉外的其他每种原料粉末分别进行球磨处理，将球磨处理后各原料粉末及碳粉进行混合得Fe基涂层粉末；

当制备Ni基涂层粉末时，将除碳粉外的其他每种原料粉末分别进行球磨处理，将球磨处理后各原料粉末及碳粉进行混合得Ni基涂层粉末；

当制备Co基涂层粉末时，将除碳粉外的其他每种原料粉末分别进行球磨处理，将球磨处理后各原料粉末及碳粉进行混合得Co基涂层粉末。

制备Fe基涂层粉末、制备Ni基涂层粉末或制备Co基涂层粉末时对于除碳粉外的其他每种原料粉末的球磨处理过程均相同，即：将每种原料粉末用无水乙醇润湿后与球磨珠一同倒入球磨罐中进行球磨，对球磨机反复充氩气抽真空，重复3～5次，设置程序参数，球磨完毕后静置一周后取出，其中每种原料粉末与相应的球磨珠质量比为1:20。

球磨珠的直径包括有6mm、8mm、10mm三种规格，球磨过程中三种不同直径的球磨珠数量之比为1:1:1。

步骤2中球磨处理过程中设置程序的具体参数为：转速400r/min，球磨20h，正反转10min/次。

步骤3的具体制备过程为：用丙酮将40Cr钢表面清洗干净，将步骤2中制备的Fe基涂层粉末、Ni基涂层粉末或Co基涂层粉末放入烤箱中进行烘干，利用同步激光熔覆法对40Cr钢表面进行堆焊Fe基涂层粉末、Ni基涂层粉末或Co基涂层粉末。

步骤3中，烘干时间为1h，烘干温度为80℃。

步骤3中，同步激光熔覆法的具体工作条件为：输出功率3kw、光斑直径5mm、扫描速度为300mm/min、送粉角70°、送粉速度为90g/min，以Ar气作为保护气体，涂覆层厚度为4mm。

本发明的有益效果是：

(1)本发明中涉及的Fe、Ni、Co基三种40Cr钢表面堆焊用金属粉与40Cr钢结合处焊缝成型美观，冶金结合良好，接头处无裂纹；

(2)本发明40Cr钢表面堆焊Fe、Ni、Co基粉末使得其表面硬度得到明显提升，抗氧化性能优良，具有优异的耐磨和耐腐蚀性能，可对受损工件进行表面修复及增加其使用寿命；

(3)本发明40Cr钢表面堆焊Fe、Ni、Co基粉末，制造精度较高，生产效率高，可用于自动化生产。

附图说明

图1是本发明中实施例1所制得的Fe基涂层金相组织图；

图2是本发明中实施例2所制得的Fe基涂层金相组织图；

图3是本发明中实施例3所制得的Fe基涂层金相组织图；

图4是本发明中实施例4所制得的Ni基涂层金相组织图；

图5是本发明中实施例5所制得的Ni基涂层金相组织图；

图6是本发明中实施例6所制得的Ni基涂层金相组织图；

图7是本发明中实施例7所制得的Co基涂层金相组织图；

图8是本发明中实施例8所制得的Co基涂层金相组织图；

图9是本发明中实施例9所制得的Co基涂层金相组织图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的一种40Cr钢表面堆焊耐磨层，包括覆盖在40Cr钢表面的耐磨层，耐磨层为Fe基涂层、Ni基涂层或Co基涂层；

Fe基涂层按质量百分比由以下原料组分组成：碳粉0.1％-0.2％，铬粉15.5％-17％，硅粉1％-1.5％，钼粉0.1％-0.2％，镍粉1.5％-2.0％，铁粉79％-81％，以上组分质量百分比之和为100％；

Ni基涂层按质量百分比由以下原料组分组成：碳粉0.2％-0.5％，铬粉5％-7％，硅粉0.1％-1％，硼粉0.1％-1％，镍粉91％-93％，铁粉0.4％-0.6％，以上组分质量百分比之和为100％；

Co基涂层按质量百分比由以下原料组分组成：碳粉0.6％-0.8％，铬粉25％-27％，硅粉1％-2％，钨粉5％-7％，钴粉64％-66％，硼粉0.4％-0.7％，以上组分质量百分比之和为100％。

组成Fe基涂层的原料粉中的碳粉粒度为100目，其余原料粉粒度均为60目；

组成Ni基涂层的原料粉中的碳粉粒度为100目，其余原料粉粒度均为60目；

组成Co基涂层的原料粉中的碳粉粒度为100目，其余原料粉粒度均为60目。

上述一种40Cr钢表面堆焊耐磨层的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：称取制备耐磨层所需的原料粉末；

按以下质量百分比称取制备Fe基涂层所需的原料粉末：碳粉0.1％-0.2％，铬粉15.5％-17％，硅粉1％-1.5％，钼粉0.1％-0.2％，镍粉1.5％-2.0％，铁粉79％-81％，以上组分质量百分比之和为100％；

或按以下质量百分比称取制备Ni基涂层所需的原料粉末：碳粉0.2％-0.5％，铬粉5％-7％，硅粉0.1％-1％，硼粉0.1％-1％，镍粉91％-93％，铁粉0.4％-0.6％，以上组分质量百分比之和为100％；

或按以下质量百分比称取制备Co基涂层所需的原料粉末：碳粉0.6％-0.8％，铬粉25％-27％，硅粉1％-2％，钨粉5％-7％，钴粉64％-66％，硼粉0.4％-0.7％，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2：制备耐磨层粉末，即制备Fe基涂层粉末、制备Ni基涂层粉末或制备Co基涂层粉末；

步骤2的具体制备过程为：

当制备Fe基涂层粉末时，由于碳粉在球磨过程中容易起火，将除碳粉外的其他每种原料粉末分别进行球磨处理，将球磨处理后各原料粉末及碳粉进行混合得Fe基涂层粉末；

当制备Ni基涂层粉末时，由于碳粉在球磨过程中容易起火，将除碳粉外的其他每种原料粉末分别进行球磨处理，将球磨处理后各原料粉末及碳粉进行混合得Ni基涂层粉末；

当制备Co基涂层粉末时，由于碳粉在球磨过程中容易起火，将除碳粉外的其他每种原料粉末分别进行球磨处理，将球磨处理后各原料粉末及碳粉进行混合得Co基涂层粉末。

制备Fe基涂层粉末、制备Ni基涂层粉末或制备Co基涂层粉末时对于除碳粉外的其他每种原料粉末的球磨处理过程均相同，即：将每种原料粉末用无水乙醇润湿后与球磨珠一同倒入球磨罐中进行球磨，对球磨机反复充氩气抽真空，重复3～5次，设置程序参数，球磨完毕后静置一周后取出，其中每种原料粉末与相应的球磨珠质量比为1:20。

球磨珠的直径包括有6mm、8mm、10mm三种规格，球磨过程中三种不同直径的球磨珠数量之比为1:1:1。

步骤2中球磨处理过程中设置程序的具体参数为：转速400r/min，球磨20h，正反转10min/次。

步骤3：在40Cr钢表面堆焊耐磨层粉末，所述耐磨层粉末为Fe基涂层粉末、Ni基涂层粉末或Co基涂层粉末，从而制得三种粉末的堆焊层。

步骤3的具体制备过程为：用丙酮将40Cr钢表面清洗干净，将步骤2中制备的Fe基涂层粉末、Ni基涂层粉末或Co基涂层粉末放入烤箱中进行烘干，利用同步激光熔覆法对40Cr钢表面进行堆焊Fe基涂层粉末、Ni基涂层粉末或Co基涂层粉末；

步骤3中，烘干时间为1h，烘干温度为80℃。

步骤3中，同步激光熔覆法的具体工作条件为：输出功率3kw、光斑直径5mm、扫描速度为300mm/min、送粉角70°、送粉速度为90g/min，以Ar气作为保护气体，涂覆层厚度为4mm。

用于40Cr钢表面堆焊Fe、Ni、Co基耐磨层中各组分的作用和功能如下：

碳粉(C)在耐磨层中的主要作用：碳元素可以影响到钢的强度、硬度、韧性等，若其含量过高则在热处理过程中会形成高碳马氏体(硬度高、韧性差)，若其含量过低则会使得材料硬度和耐磨性都不佳，因此合适选用碳的含量有助于提高材料的物理性能。

铬粉(Cr)在耐磨层中的主要作用：它在材料中可以提高其淬透性，细化组织，提高材料的耐磨、耐蚀、以及抗氧化性能。

硅粉(Si)在耐磨层中的主要作用：在材料中以固溶体形式存在在铁素体和奥氏体当中，可以提高固溶体的强度。

钼粉(Mo)在耐磨层中的主要作用：该元素可提高材料的淬透性，提高材料硬度。

镍粉(Ni)在耐磨层中的主要作用：该元素形成稳定的奥氏体元素，改变材料的韧性等低温性能。

硼粉(B)在Ni基耐磨层中的主要作用：该元素可提高材料的强度，改善材料的致密性和热轧性能。

钨粉(W)在Co基耐磨层中的主要作用：该元素可与材料中的C(碳)形成硬度和耐磨性较好的WC(碳化钨)。

钴粉(Co)在Co基耐磨层中的主要作用：作为耐磨层的基体粉末，它可以提升材料的硬度，强度等力学性能。

铁粉(Fe)在耐磨层中的主要作用：作为耐磨层的基体粉末，合金元素对材料组织性能影响都取决于它们与材料中Fe或C的相互作用。

实施例1

一种40Cr钢表面堆焊耐磨层的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：按以下质量百分比称取制备Fe基涂层所需的原料粉末：(其中碳粉粒度为100目，其余均为60目)，碳粉0.1％，铬粉16.5％，硅粉1.5％，钼粉0.1％，镍粉1.5％，铁粉80.3％，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2：根据步骤1称取的除碳粉以外的其他原料粉末的质量计算所需的相应的球磨珠的质量，每种原料粉末与球磨珠的质量比为1:20，其中球磨珠的直径包括有6mm、8mm、10mm三种规格，球磨过程中三种不同直径的珠子数量比为1:1:1，将每种原料粉末放在称量纸上用无水乙醇润湿后与球磨珠一同倒入球磨罐中进行球磨处理，具体处理过程为：对球磨机反复充氩气抽真空，重复3～5次，设置球磨机参数为：转速400r/min，球磨20h，正反转10min/次；球磨完毕后静置一周取出，将球磨处理后各原料粉末及碳粉进行混合得Fe基涂层粉末；

步骤3：将直径为50mm、长为40mm的40Cr钢棒材放入装有丙酮的容器里进行超声波清洗，清洗10min；将步骤2中制备的Fe基涂层粉末放入烤箱中进行烘干，设置烘干箱参数为：烘干时间为1h，烘干温度为80℃；采用同步激光熔覆法对40Cr钢棒材表面进行堆焊Fe基涂层粉末，具体工作条件为为：输出功率3kw、光斑直径5mm、扫描速度为300mm/min、送粉角70°、送粉速度为90g/min，以Ar气作为保护气体，涂覆层厚度为4mm，从而制得Fe基涂层。

用实施例1所制得的Fe基涂层金相组织如图1所示，晶粒细小，枝晶生长取向明显。经测试，涂层的显微硬度平均值为：430.77HV0.5，40Cr钢的显微硬度平均值为：230HV0.5；涂层的开路电位为：-0.172V，40Cr钢的开路电位为：-0.45V；在1000g载荷条件下涂层的平均摩擦因数为：0.65，在1000g载荷条件下40Cr钢的平均摩擦因数为：0.4；Fe基涂层的硬度、耐蚀性以及耐磨性能均优于40Cr钢，性能符合要求。

实施例2

一种40Cr钢表面堆焊耐磨层的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：按质量百分比称取Fe基粉末(其中碳粉粒度为100目，其余均为60目)，碳粉0.2％，铬粉17％，硅粉1％，钼粉0.2％，镍粉1.6％，铁粉79％，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2：根据步骤1称取的除碳粉以外的其他原料粉末的质量计算所需的相应的球磨珠的质量，每种原料粉末与球磨珠的质量比为1:20，其中球磨珠的直径包括有6mm、8mm、10mm三种规格，球磨过程中三种不同直径的珠子数量比为1:1:1，将每种原料粉末放在称量纸上用无水乙醇润湿后与球磨珠一同倒入球磨罐中进行球磨处理，具体处理过程为：对球磨机反复充氩气抽真空，重复3～5次，设置球磨机参数为：转速400r/min，球磨20h，正反转10min/次；球磨完毕后静置一周取出，将球磨处理后各原料粉末及碳粉进行混合得Fe基涂层粉末；

步骤3：将直径为50mm、长为40mm的40Cr钢棒材放入装有丙酮的容器里进行超声波清洗，清洗10min；将步骤2中制备的Fe基涂层粉末放入烤箱中进行烘干，设置烘干箱参数为：烘干时间为1h，烘干温度为80℃；采用同步激光熔覆法对40Cr钢棒材表面进行堆焊Fe基涂层粉末，具体工作条件为为：输出功率3kw、光斑直径5mm、扫描速度为300mm/min、送粉角70°、送粉速度为90g/min，以Ar气作为保护气体，涂覆层厚度为4mm，从而制得Fe基涂层。

用实施例2所制得的Fe基涂层金相组织如图2所示，晶粒粒度较图1更加细小，枝晶生长取向明显。经测试，涂层的显微硬度平均值为：435.77HV0.5，40Cr钢的显微硬度平均值为：230HV0.5；涂层的开路电位为：-0.170V，40Cr钢的开路电位为：-0.45V；在1000g载荷条件下涂层的平均摩擦因数为：0.67，在1000g载荷条件下40Cr钢的平均摩擦因数为：0.4；Fe基涂层的硬度、耐蚀性以及耐磨性能均优于40Cr钢，性能符合要求。

实施例3

一种40Cr钢表面堆焊耐磨层的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：按质量百分比称取Fe基粉末(其中碳粉粒度为100目，其余均为60目)，碳粉0.15％，铬粉15.5％，硅粉1.2％，钼粉0.15％，镍粉2％，铁粉81％，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2：根据步骤1称取的除碳粉以外的其他原料粉末的质量计算所需的相应的球磨珠的质量，每种原料粉末与球磨珠的质量比为1:20，其中球磨珠的直径包括有6mm、8mm、10mm三种规格，球磨过程中三种不同直径的珠子数量比为1:1:1，将每种原料粉末放在称量纸上用无水乙醇润湿后与球磨珠一同倒入球磨罐中进行球磨处理，具体处理过程为：对球磨机反复充氩气抽真空，重复3～5次，设置球磨机参数为：转速400r/min，球磨20h，正反转10min/次；球磨完毕后静置一周取出，将球磨处理后各原料粉末及碳粉进行混合得Fe基涂层粉末；

步骤3：将直径为50mm、长为40mm的40Cr钢棒材放入装有丙酮的容器里进行超声波清洗，清洗10min；将步骤2中制备的Fe基涂层粉末放入烤箱中进行烘干，设置烘干箱参数为：烘干时间为1h，烘干温度为80℃；采用同步激光熔覆法对40Cr钢棒材表面进行堆焊Fe基涂层粉末，具体工作条件为为：输出功率3kw、光斑直径5mm、扫描速度为300mm/min、送粉角70°、送粉速度为90g/min，以Ar气作为保护气体，涂覆层厚度为4mm，从而制得Fe基涂层。

用实施例3所制得的Fe基涂层金相组织如图3所示，晶粒细小，较图1和图2柱状晶数量减少，枝晶生长取向更加明显。经测试，涂层的显微硬度平均值为：432.57HV0.5，40Cr钢的显微硬度平均值为：230HV0.5；涂层开路电位为：-0.168V，40Cr钢的开路电位为：-0.45V；在1000g载荷条件下涂层的平均摩擦因数为：0.63，在1000g载荷条件下40Cr钢的平均摩擦因数为：0.4；Fe基涂层的硬度、耐蚀性以及耐磨性能均优于40Cr钢，性能符合要求。

实施例4

一种40Cr钢表面堆焊耐磨层的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：按质量百分比称取Ni基粉末(其中碳粉粒度为100目，其余均为60目)，碳粉0.5％，铬粉5％，硅粉0.1％，硼粉1％，镍粉93％，铁粉0.4％，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2：根据步骤1称取的除碳粉以外的其他原料粉末的质量计算所需的相应的球磨珠的质量，每种原料粉末与球磨珠的质量比为1:20，其中球磨珠的直径包括有6mm、8mm、10mm三种规格，球磨过程中三种不同直径的珠子数量比为1:1:1，将每种原料粉末放在称量纸上用无水乙醇润湿后与球磨珠一同倒入球磨罐中进行球磨处理，具体处理过程为：对球磨机反复充氩气抽真空，重复3～5次，设置球磨机参数为：转速400r/min，球磨20h，正反转10min/次；球磨完毕后静置一周取出，将球磨处理后各原料粉末及碳粉进行混合得Ni基涂层粉末；

步骤3：将直径为50mm、长为40mm的40Cr钢棒材放入装有丙酮的容器里进行超声波清洗，清洗10min；将步骤2中制备的Ni基涂层粉末放入烤箱中进行烘干，设置烘干箱参数为：烘干时间为1h，烘干温度为80℃；采用同步激光熔覆法对40Cr钢棒材表面进行堆焊Ni基涂层粉末，具体工作条件为为：输出功率3kw、光斑直径5mm、扫描速度为300mm/min、送粉角70°、送粉速度为90g/min，以Ar气作为保护气体，涂覆层厚度为4mm，从而制得Ni基涂层。

用实施例4所制得的Ni基涂层金相组织如图4所示，晶粒较Fe基要粗大。经测试，涂层的显微硬度平均值为：363.27HV0.5，40Cr钢的显微硬度平均值为：230HV0.5；涂层的开路电位为：-0.247V，40Cr钢的开路电位为：-0.45V；在1000g载荷条件下涂层的平均摩擦因数为：0.55，在1000g载荷条件下40Cr钢的平均摩擦因数为：0.4；Ni基涂层的硬度、耐蚀性以及耐磨性能均优于40Cr钢，性能符合要求。

实施例5

一种40Cr钢表面堆焊耐磨层及其制备方法，具体步骤如下：

步骤1：按质量百分比称取Ni基粉末(其中碳粉粒度为100目，其余均为60目)，碳粉0.2％，铬粉6.1％，硅粉1％，硼粉0.1％，镍粉92％，铁粉0.6％，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2：根据步骤1称取的除碳粉以外的其他原料粉末的质量计算所需的相应的球磨珠的质量，每种原料粉末与球磨珠的质量比为1:20，其中球磨珠的直径包括有6mm、8mm、10mm三种规格，球磨过程中三种不同直径的珠子数量比为1:1:1，将每种原料粉末放在称量纸上用无水乙醇润湿后与球磨珠一同倒入球磨罐中进行球磨处理，具体处理过程为：对球磨机反复充氩气抽真空，重复3～5次，设置球磨机参数为：转速400r/min，球磨20h，正反转10min/次；球磨完毕后静置一周取出，将球磨处理后各原料粉末及碳粉进行混合得Ni基涂层粉末；

步骤3：将直径为50mm、长为40mm的40Cr钢棒材放入装有丙酮的容器里进行超声波清洗，清洗10min；将步骤2中制备的Ni基涂层粉末放入烤箱中进行烘干，设置烘干箱参数为：烘干时间为1h，烘干温度为80℃；采用同步激光熔覆法对40Cr钢棒材表面进行堆焊Ni基涂层粉末，具体工作条件为为：输出功率3kw、光斑直径5mm、扫描速度为300mm/min、送粉角70°、送粉速度为90g/min，以Ar气作为保护气体，涂覆层厚度为4mm，从而制得Ni基涂层。

用实施例5所制得的Ni基涂层金相组织如图5所示，晶粒较Fe基要大，枝晶无明显的生长取向。经测试，涂层的显微硬度平均值为：365.82HV0.5，40Cr钢的显微硬度平均值为：230HV0.5；涂层的开路电位为：-0.254V，40Cr钢的开路电位为：-0.45V；在1000g载荷条件下涂层的平均摩擦因数为：0.53，在1000g载荷条件下40Cr钢的平均摩擦因数为：0.4；Ni基涂层的硬度、耐蚀性以及耐磨性能均优于40Cr钢，性能符合要求。

实施例6

一种40Cr钢表面堆焊耐磨层的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：按质量百分比称取Ni基粉末(其中碳粉粒度为100目，其余均为60目)，碳粉0.4％，铬粉7％，硅粉0.6％，硼粉0.5％，镍粉91％，铁粉0.5％，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2：根据步骤1称取的除碳粉以外的其他原料粉末的质量计算所需的相应的球磨珠的质量，每种原料粉末与球磨珠的质量比为1:20，其中球磨珠的直径包括有6mm、8mm、10mm三种规格，球磨过程中三种不同直径的珠子数量比为1:1:1，将每种原料粉末放在称量纸上用无水乙醇润湿后与球磨珠一同倒入球磨罐中进行球磨处理，具体处理过程为：对球磨机反复充氩气抽真空，重复3～5次，设置球磨机参数为：转速400r/min，球磨20h，正反转10min/次；球磨完毕后静置一周取出，将球磨处理后各原料粉末及碳粉进行混合得Ni基涂层粉末；

步骤3：将直径为50mm、长为40mm的40Cr钢棒材放入装有丙酮的容器里进行超声波清洗，清洗10min；将步骤2中制备的Ni基涂层粉末放入烤箱中进行烘干，设置烘干箱参数为：烘干时间为1h，烘干温度为80℃；采用同步激光熔覆法对40Cr钢棒材表面进行堆焊Ni基涂层粉末，具体工作条件为为：输出功率3kw、光斑直径5mm、扫描速度为300mm/min、送粉角70°、送粉速度为90g/min，以Ar气作为保护气体，涂覆层厚度为4mm，从而制得Ni基涂层。

用实施例6所制得的Ni基涂层金相组织如图6所示，晶粒较Fe基粗大，枝晶主要以胞状晶和柱状晶为主。经测试，涂层的显微硬度平均值为：360.17HV0.5，40Cr钢的显微硬度平均值为：230HV0.5；涂层的开路电位为：-0.252V，40Cr钢的开路电位为：-0.45V；在1000g载荷条件下涂层的平均摩擦因数为：0.58，在1000g载荷条件下40Cr钢的平均摩擦因数为：0.4；Ni基涂层的硬度、耐蚀性以及耐磨性能均优于40Cr钢，性能符合要求。

实施例7

一种40Cr钢表面堆焊耐磨层的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：按质量百分比称取Co基粉末(其中碳粉粒度为100目，其余均为60目)，碳粉0.6％，铬粉25％，硅粉1％，钨粉7％，钴粉66％，硼粉0.4％，以上组分质量百分比之和为100％。

步骤2：根据步骤1称取的除碳粉以外的其他原料粉末的质量计算所需的相应的球磨珠的质量，每种原料粉末与球磨珠的质量比为1:20，其中球磨珠的直径包括有6mm、8mm、10mm三种规格，球磨过程中三种不同直径的珠子数量比为1:1:1，将每种原料粉末放在称量纸上用无水乙醇润湿后与球磨珠一同倒入球磨罐中进行球磨处理，具体处理过程为：对球磨机反复充氩气抽真空，重复3～5次，设置球磨机参数为：转速400r/min，球磨20h，正反转10min/次；球磨完毕后静置一周取出，将球磨处理后各原料粉末及碳粉进行混合得Co基涂层粉末；

步骤3：将直径为50mm、长为40mm的40Cr钢棒材放入装有丙酮的容器里进行超声波清洗，清洗10min；将步骤2中制备的Co基涂层粉末放入烤箱中进行烘干，设置烘干箱参数为：烘干时间为1h，烘干温度为80℃；采用同步激光熔覆法对40Cr钢棒材表面进行堆焊Co基涂层粉末，具体工作条件为为：输出功率3kw、光斑直径5mm、扫描速度为300mm/min、送粉角70°、送粉速度为90g/min，以Ar气作为保护气体，涂覆层厚度为4mm，从而制得Co基涂层。

用实施例7所制得的Co基涂层金相组织如图7所示，晶粒细小，晶粒生长取向明显，以柱状晶和胞状晶为主。经测试，涂层的显微硬度平均值为：646.22HV0.5，40Cr钢的显微硬度平均值为：230HV0.5；涂层的开路电位为：-0.233V，40Cr钢的开路电位为：-0.45V；在1000g载荷条件下涂层的平均摩擦因数为：0.48，在1000g载荷条件下40Cr钢的平均摩擦因数为：0.4；Co基涂层的硬度、耐蚀性以及耐磨性能均优于40Cr钢，性能符合要求。

实施例8

一种40Cr钢表面堆焊耐磨层的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：按质量百分比称取Co基粉末(其中碳粉粒度为100目，其余均为60目)，碳粉0.8％，铬粉27％，硅粉2％，钨粉5％，钴粉65.3％，硼粉0.7％，以上组分质量百分比之和为100％。

步骤2：根据步骤1称取的除碳粉以外的其他原料粉末的质量计算所需的相应的球磨珠的质量，每种原料粉末与球磨珠的质量比为1:20，其中球磨珠的直径包括有6mm、8mm、10mm三种规格，球磨过程中三种不同直径的珠子数量比为1:1:1，将每种原料粉末放在称量纸上用无水乙醇润湿后与球磨珠一同倒入球磨罐中进行球磨处理，具体处理过程为：对球磨机反复充氩气抽真空，重复3～5次，设置球磨机参数为：转速400r/min，球磨20h，正反转10min/次；球磨完毕后静置一周取出，将球磨处理后各原料粉末及碳粉进行混合得Co基涂层粉末；

步骤3：将直径为50mm、长为40mm的40Cr钢棒材放入装有丙酮的容器里进行超声波清洗，清洗10min；将步骤2中制备的Co基涂层粉末放入烤箱中进行烘干，设置烘干箱参数为：烘干时间为1h，烘干温度为80℃；采用同步激光熔覆法对40Cr钢棒材表面进行堆焊Co基涂层粉末，具体工作条件为为：输出功率3kw、光斑直径5mm、扫描速度为300mm/min、送粉角70°、送粉速度为90g/min，以Ar气作为保护气体，涂覆层厚度为4mm，从而制得Co基涂层。

用实施例8所制得的Co基涂层金相组织如图8所示，晶粒细小，枝晶生长取向没图7明显。经测试，涂层的显微硬度平均值为：647.50HV0.5，40Cr钢的显微硬度平均值为：230HV0.5；涂层的开路电位为：-0.227V，40Cr钢的开路电位为：-0.45V；在1000g载荷条件下涂层的平均摩擦因数为：0.52，在1000g载荷条件下40Cr钢的平均摩擦因数为：0.4；Co基涂层的硬度、耐蚀性以及耐磨性能均优于40Cr钢，性能符合要求。

实施例9

一种40Cr钢表面堆焊耐磨层的制备方法，具体步骤如下：

步骤1：按质量百分比称取Co基粉末(其中碳粉粒度为100目，其余均为60目)，碳粉0.7％，铬粉26.5％，硅粉1.8％，钨粉6.5％，钴粉64％，硼粉0.5％，以上组分质量百分比之和为100％。

步骤2：根据步骤1称取的除碳粉以外的其他原料粉末的质量计算所需的相应的球磨珠的质量，每种原料粉末与球磨珠的质量比为1:20，其中球磨珠的直径包括有6mm、8mm、10mm三种规格，球磨过程中三种不同直径的珠子数量比为1:1:1，将每种原料粉末放在称量纸上用无水乙醇润湿后与球磨珠一同倒入球磨罐中进行球磨处理，具体处理过程为：对球磨机反复充氩气抽真空，重复3～5次，设置球磨机参数为：转速400r/min，球磨20h，正反转10min/次；球磨完毕后静置一周取出，将球磨处理后各原料粉末及碳粉进行混合得Co基涂层粉末；

步骤3：将直径为50mm、长为40mm的40Cr钢棒材放入装有丙酮的容器里进行超声波清洗，清洗10min；将步骤2中制备的Co基涂层粉末放入烤箱中进行烘干，设置烘干箱参数为：烘干时间为1h，烘干温度为80℃；采用同步激光熔覆法对40Cr钢棒材表面进行堆焊Co基涂层粉末，具体工作条件为为：输出功率3kw、光斑直径5mm、扫描速度为300mm/min、送粉角70°、送粉速度为90g/min，以Ar气作为保护气体，涂覆层厚度为4mm，从而制得Co基涂层。

用实施例9所制得的Co基涂层金相组织如图9所示，晶粒较图7和图8细小，柱状晶数量减少，枝晶生长取向明显。经测试，涂层的显微硬度平均值为：648.05HV0.5，40Cr钢的显微硬度平均值为：230HV0.5；涂层的开路电位为：-0.2390V，40Cr钢的开路电位为：-0.45V；在1000g载荷条件下涂层的平均摩擦因数为：0.50，在1000g载荷条件下40Cr钢的平均摩擦因数为：0.4；Co基涂层的硬度、耐蚀性以及耐磨性能均优于40Cr钢，性能符合要求。

本发明的优点为：

(1)在对40Cr钢表面堆焊Fe、Ni、Co基涂层后，其表面硬度明显增加，冶金结合良好，对于40Cr钢表面修复提供了依据；

(2)在对40Cr钢表面堆焊Fe、Ni、Co基涂层后，其耐蚀性能也明显加强；

(3)在对40Cr钢表面堆焊Fe、Ni、Co基涂层后，其耐摩性能也明显加强，涂层可以有效增加40Cr钢的使用寿命，从而达到降低成本的目的。