[發(fā)明專利]一種在不銹鋼表面獲得硬度連續(xù)分布改性層的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010169864.8
• 申請日: 2010-05-12
• 公開（公告）號: CN101818320A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 閆牧夫;劉瑞良;陳宏濤
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C23C8/38
• 分類號: C23C8/38
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在不銹鋼表面獲得改性層的方法。

背景技術(shù)

由于金屬材料失效（例如磨損、疲勞等）均發(fā)生在其表面，所以表面改性一直受到研究者們的廣泛重視。常見的化學(xué)熱處理方法包括滲氮、滲碳以及氮碳共滲等。根據(jù)擴(kuò)滲元素的環(huán)境可為氣體、液體和等離子體化學(xué)熱處理三種類型。

不銹鋼一般是不銹鋼和耐酸鋼的總稱。不銹鋼是指耐大氣、蒸汽和水等弱介質(zhì)腐蝕的鋼，而耐酸鋼則是指耐酸、堿、鹽等化學(xué)浸蝕性介質(zhì)腐蝕的鋼。不銹鋼自上世紀(jì)初問世，至今已有100多年的歷史。不銹鋼的發(fā)明是世界冶金史上的重大成就，不銹鋼的發(fā)展為現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和科技進(jìn)步奠定了重要的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。

????隨著不銹鋼應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，經(jīng)過常規(guī)熱處理的不銹鋼已經(jīng)不能滿足耐磨抗、疲勞等場合的使用性能要求，因此材料工作者開始對不銹鋼表面進(jìn)行了多種改性探索，常見的改性方法包括化學(xué)熱處理，物理/化學(xué)氣相沉積，激光處理和等離子噴涂等。其中對化學(xué)熱處理的研究最多，包括滲氮、滲碳和氮碳共滲等等。為了不降低表面的耐蝕性，所開展的化學(xué)熱處理研究主要集中在低溫(<480°C)范圍內(nèi)。研究結(jié)果表明，所制備的共滲層與基體有明顯的界限，其中的硬度分布與基體不連續(xù)，在界面處發(fā)生硬度突變。這種類型的共滲層對不銹鋼的機(jī)械性能特別是抗沖擊性能的影響是不利的，如沖擊載荷作用下共滲層易剝落。

因此，通過化學(xué)熱處理方法在不銹鋼表面層中獲得無突變的硬度分布，是材料工作者共同的目標(biāo)。英國的T.?Bell和美國的P.C.?Williams等分別對奧氏體不銹鋼表面進(jìn)行了低溫等離子體滲碳和氣體滲碳探索，在其表面層中獲得了硬度連續(xù)分布的改性層，并分別申請了英國和美國專利。但是，上述兩種方法獲得滲碳層厚度較?。?lt;50μm），承受的接觸載荷較低，因此應(yīng)用受到限制。

另一種為滲鍍復(fù)合法，該方法是將滲氮、氮碳共滲與化學(xué)氣相沉積等方法相結(jié)合起來的一種方法。但同樣存在滲、鍍層間結(jié)合力差的問題。此外，該方法系統(tǒng)復(fù)雜，費用較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有不銹鋼表面硬度連續(xù)分布改性層的厚度薄，導(dǎo)致可承受的接觸載荷低的問題，本發(fā)明提供了一種在不銹鋼表面獲得硬度連續(xù)分布改性層的方法。

本發(fā)明在不銹鋼表面獲得硬度連續(xù)分布改性層的方法通過以下步驟實現(xiàn)：一、將不銹鋼依次在乙醇和蒸餾水中超聲波清洗后，放入脈沖等離子體氮化爐的試樣架上，然后抽真空至低于10Pa，然后再施加450~700V的電壓，穩(wěn)定10~20min后開始通入H₂，然后加熱升溫，當(dāng)加熱至180~200℃時開始通入N₂，然后繼續(xù)加熱至510~570℃，再開始通入C₂H₅OH氣體，其中控制H₂和N₂的流量比為3:1，控制C₂H₅OH和N₂的流量比為3~6:1；二、在510~570℃條件下保溫8~24h，控制脈沖等離子體氮化爐中的壓強(qiáng)為150~600Pa，其中保溫過程中按照步驟一中流量比通入N₂、H₂和C₂H₅OH；三、保溫結(jié)束后，先停止通入H₂和C₂H₅OH氣體，繼續(xù)通入N₂，使不銹鋼在N₂氣氛下冷卻至室溫，即在不銹鋼表面獲得硬度連續(xù)分布改性層。

本發(fā)明步驟一中不銹鋼在進(jìn)行超聲波清洗前，可以進(jìn)行常規(guī)熱處理，如固溶處理或者固溶時效處理。固溶處理是將不銹鋼在1000~1200℃保溫0.5~2h后，油冷或空冷；固溶時效處理是將不銹鋼在1000~1200℃保溫0.5~2h后，進(jìn)行油冷或空冷，然后再將不銹鋼置于400~620℃條件下保溫4h后，油冷或空冷。

本發(fā)明在不銹鋼表面得到的改性層的厚度為80～180mm，硬度最高達(dá)到1050HV，摩擦系數(shù)在0.4～0.6，腐蝕電位正移至-17mV，比未經(jīng)表面處理的不銹鋼的腐蝕電位（-408mV）正移了391mV，耐腐蝕性能提高。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有不銹鋼的表面改性技術(shù)具有如下優(yōu)點：

(1)?本發(fā)明能直接在不銹鋼表面獲得厚度可在較寬的范圍（80～180mm）內(nèi)調(diào)控的碳氮共滲改性層，其中的硬度連續(xù)分布無突變，接觸載荷高，同時還具有減小摩擦系數(shù)效果。