[發(fā)明專利]一種鋼質(zhì)零件及其復(fù)合表面處理方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210016199.8
• 申請(qǐng)日: 2012-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN102534532A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李凡巧;周丹華;于磊;張碧云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江匯錦梯爾鍍層科技有限公司
• 主分類號(hào): C23C14/35
• 分類號(hào): C23C14/35;C23C14/06;C23C14/14;C23C14/02
• 代理公司: 杭州九洲專利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 王洪新

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋼質(zhì)零件及其復(fù)合表面處理方法。

背景技術(shù)

人類對(duì)鋼的應(yīng)用和研究歷史相當(dāng)悠久，但是直到19世紀(jì)貝氏煉鋼法發(fā)明之前，鋼的制取都是一項(xiàng)高成本低效率的工作。如今，鋼以其低廉的價(jià)格、可靠的性能成為世界上使用最多的材料之一，是建筑業(yè)、制造業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡某煞帧ｋS著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)材料的要求也越來越高，單一的表面處理已不能保證鋼的綜合性能要求；因此，迫切需要一種復(fù)合處理方法，以提高鋼的硬度、耐磨性能以及耐腐蝕性能，使鋼材料可以在惡劣環(huán)境下具有更長(zhǎng)的壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種鋼質(zhì)零件，該鋼質(zhì)零件應(yīng)具有較高的硬度、耐磨性能和耐腐蝕性能，更長(zhǎng)的使用壽命。

本發(fā)明的另一目的是提供一種鋼質(zhì)零件的復(fù)合表面處理方法，該方法應(yīng)能提高鋼質(zhì)零件的硬度、耐磨性能以及耐腐蝕性能，延長(zhǎng)鋼質(zhì)零件的使用壽命；并且處理方法簡(jiǎn)單易行，成本不高。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種鋼質(zhì)零件，包括鋼質(zhì)基體，其特征在于該鋼質(zhì)基體的表面制有一層厚度為30～300um的預(yù)處理層，預(yù)處理層表面由內(nèi)而外依次包覆著厚度為5～10um的硬質(zhì)耐磨層以及厚度為2.5～4um的固體潤(rùn)滑減摩層。

所述預(yù)處理層為離子氮化層，或者是化學(xué)鍍層，或者是電鍍層。

所述的離子氮化層包括從鋼質(zhì)基體深處至鋼質(zhì)基體表面依次包覆的厚度為25～300um的擴(kuò)散層和厚度為0～10um的氮化白亮層；其中氮原子的含量為5～30％。

所述化學(xué)鍍層以及電鍍層均為鎳原子鍍層或鉻原子鍍層；鎳原子鍍層或鉻原子鍍層中摻有粒度為0.5～10um的金剛石粉或改性陶瓷粉，摻入的重量比例為0～15％。

所述的硬質(zhì)耐磨層從預(yù)處理層表面垂直方向自內(nèi)向外依次包括Cr打底層、CrN過渡層、CrMoN合金鍍層；其中，Cr打底層厚度為0.2～2um，成分為鉻原子；CrN過渡層厚度為0.3～2um，氮原子與鉻原子的比例為0～3∶1；CrMoN合金鍍層厚度為3～10um，其中Cr原子的比例為20～30％，Mo原子的比例為20～30％，氮原子的比例為40～60％。

所述的固體潤(rùn)滑減摩層從硬質(zhì)耐磨層表面垂直方向自內(nèi)向外依次包括純Cr打底層、過渡層、碳基固體潤(rùn)滑層；其中，純Cr打底層厚度為0.2～2um，成分為Cr；過渡層厚度為0.5～1.5um，碳原子與Cr原子的原子比為0～80∶1；碳基固體潤(rùn)滑層厚度為0.8～5um，Cr原子與碳原子的原子比為1∶82～85。

一種鋼質(zhì)零件的表面復(fù)合處理方法，依次包括以下步驟：

1)表面清潔

鋼質(zhì)零件表面采用清洗溶劑進(jìn)行超聲波清洗；

2)制作預(yù)處理層

將清洗后的鋼質(zhì)零件置于離子氮化爐中進(jìn)行氮化擴(kuò)散處理，或者進(jìn)行化學(xué)鍍處理，或者進(jìn)行電鍍，使鑄鐵件表面形成一預(yù)處理層；

3)制作硬質(zhì)耐磨層

將制有預(yù)處理層的鋼質(zhì)零件放入非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備的真空室中，先在真空狀態(tài)下通入氬氣進(jìn)行清洗，此后開啟Cr靶制作Cr打底層，接著通入氮?dú)庵谱鰿rN過渡層，最后開啟Mo靶制作CrMoN合金鍍層；

4)制作固體潤(rùn)滑減摩層

將制有硬質(zhì)耐磨層的鋼質(zhì)零件放入另一非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備的真空室中，在真空狀態(tài)下通入氬氣，用等離子體轟擊清洗基體表面20分鐘；然后開啟Cr靶30分鐘制作純Cr打底層；Cr靶功率減小，石墨靶的功率逐漸升高沉積過渡層，然后保持參數(shù)不變制備碳基固體潤(rùn)滑層。

所述氮化處理時(shí)，氮?dú)夂蜌錃獾幕旌媳壤秊?∶3～1∶6，腔體氣壓為200～600Pa，氮化的溫度控制在500～520℃，保溫時(shí)間8～10h。

所述步驟3)和步驟4)中，鋼質(zhì)零件放在可轉(zhuǎn)動(dòng)的試樣架上。

本發(fā)明的有益效果是：由于所提供的鋼質(zhì)零件具有較高的表面硬度，較好的耐磨性能以及較強(qiáng)的耐腐蝕性(硬度達(dá)到1800HV～2800HV，結(jié)合力Lc＞80N，摩擦系數(shù)為0.04～0.07，比磨損率為0.3×10^-16～0.6×10^-16，開路電位為-0.25V～-0.07V)，還提高了鋼質(zhì)零件的使用壽命，進(jìn)而大幅度擴(kuò)展了應(yīng)用范圍，降低了制造成本。

本發(fā)明提供的鋼質(zhì)零件表面復(fù)合處理方法，處理后的鋼質(zhì)零件的各項(xiàng)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)表面處理的水平。此外，該處理方法簡(jiǎn)單，工藝穩(wěn)定且可重復(fù)性高，適合規(guī)模化生產(chǎn)。

附圖說明