[發明專利]一種馬氏體不銹鋼的表面硬化方法

無效

• 申請號: 201110108150.0
• 申請日: 2011-04-27
• 公開（公告）號: CN102168254A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 倪紅衛;邰軍凱;陳榮生;詹瑋婷
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: C23C14/48
• 分類號: C23C14/48;C23C14/54;C23C14/02
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 樊戎

技術領域

本發明屬于表面硬化技術領域。具體涉及一種馬氏體不銹鋼的表面硬化方法。

背景技術

馬氏體不銹鋼具備高強度和耐蝕性，因此在工業生產中得到了廣泛的應用。可用來制造機器零件如蒸汽渦輪的葉片(1Cr13)、蒸汽裝備的軸和拉桿(2Cr13)，以及在腐蝕介質中工作的零件如活門、螺栓等(4Cr13)；碳含量較高的合金鋼(4Cr13、9Cr18)則用于制造醫療器械、餐刀、測量用具、彈簧等。但由于馬氏體不銹鋼的表面硬度不高，使用過程中表面易產生劃痕，且耐磨性較差，影響使用壽命。為了克服這些問題，通常對不銹鋼進行滲氮、滲碳或碳氮共滲，提高不銹鋼的表面硬度和耐磨性，已公開的技術有：

1)化學滲入。“提升馬氏體系不銹鋼表面硬度的方法”(CN200710127264.3)專利技術的工藝過程是：利用混合氣體中的氫氣將不銹鋼的氧化膜還原，使丙烷所提供的碳原子更容易的進入不銹鋼基底中，丙烷的流量控制在0.05～0.08公升/分鐘，加熱爐溫度920℃以上，所述的混合氣體是氨氣分解氣體和甲烷，通過該方法處理的馬氏體不銹鋼的表面維氏硬度值為700～760。“馬氏體不銹鋼滲碳方法及其制品”(CN200710050131.0)專利技術的工藝過程是：在甲苯氣氛中于950～1000℃溫度范圍內滲碳，滲碳前做預處理，去除油污和鈍化膜，滲碳后做熱處理，通過該方法處理后的馬氏體不銹鋼的表面硬度HRC≥55(相當于維氏硬度值600)。“馬氏體不銹鋼氮碳共滲方法及其制品”(CN200810046438.8)專利技術的工藝過程是：將制品的半成品經調質處理、去除油污及鈍化膜后，在氨氣和二氧化碳氣氛中于550～560℃溫度范圍內氮碳共滲，通過該方法處理后的馬氏體不銹鋼的共滲層深度≥0.05mm，共滲層表面維氏硬度值≥509。

2)低能離子滲入。“奧氏體不銹鋼精密硬化方法及設備”(CN200810067779.3)專利技術，采用離子滲氮的方法對奧氏體不銹鋼進行表面處理，將工件在380～450℃的溫度下進行離子滲氮或離子碳氮共滲硬化處理1～5h，工作真空度為100～500Pa，工作電壓為400～800V，所得不銹鋼表面維氏硬度值＞500。

同時，由于不銹鋼表面存在致密的鈍化層，所以不管是上述的化學滲入或者低能離子滲入，都要首先想辦法除去不銹鋼的鈍化層，然后再進行滲入工藝。“耐磨性優良的表面碳氮化不銹鋼部件和其制造方法”(CN200380100962.4)專利技術，采用含有鹵素的氣體對不銹鋼表面進行活化處理，“裝飾品及其制造方法”(CN00801908.8)專利技術，采用高溫氟化處理去除不銹鋼表面鈍化層。

上述表面處理方法雖可改變不銹鋼的表面特性，提高其使用壽命，但不足之處在于：①高溫處理過程導致工件變形，工作時真空度低導致表面氧化；②熱處理和滲碳處理導致工件表面形貌發生改變，影響工件的精度和表面光潔度；③滲入需要控制的條件多，碳、氮的滲入量不易控制，影響產品的質量；④去除鈍化層處理時間長，工藝復雜，使用的鹵素氣體、強酸等對環境造成嚴重污染。

發明內容

本發明旨在克服現有技術缺陷，目的是提供一種工藝簡單和處理過程無污染的馬氏體不銹鋼的表面硬化方法；用該方法處理的產品表面耐磨性和硬度高能大幅度提高，產品使用壽命高。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：先將處理后的馬氏體不銹鋼工件放置在離子注入機真空室的工作臺上，抽真空至2.0×10^-3～3.0×10^-3Pa，用離子清洗源去除工件表面的鈍化層；然后向去除表面鈍化層的馬氏體不銹鋼工件注入氮離子，得到表面硬化的馬氏體不銹鋼。

注入氮離子的條件是：真空度為5.0×10^-4～5.0×10^-2Pa，離子源加速電壓為10～100KV，注入劑量為5.0×10¹⁵～5.0×10¹⁹ions/cm²。

清洗源的工作條件是：燈絲電流6～10A，電弧電壓40～70V，引出電壓0.6～1.5KV，引出電流40～70mA。

所述的處理是將馬氏體不銹鋼工件浸沒在無水乙醇中超聲清洗10～20min，取出吹干。

由于采用上述技術方案，本發明所述的氮離子注入硬化馬氏體不銹鋼的方法有以下優點：

1、本發明通過調節注入時間和加速電壓，可以精確地控制氮離子注入的劑量，有利于產品的質量控制。