[發明專利]一種在不銹鋼表面獲得膨脹α相的方法

在審

• 申請號: 201711101586.0
• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN107841706A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 劉瑞良;韋朝陽;徐昂;叢志翔
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: C23C8/32
• 分類號: C23C8/32;C23C8/22;C23C8/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種金屬材料表面改性方法，具體地說是一種不銹鋼表面改性處理工藝。

背景技術

滲氮/滲碳/氮碳共滲等工藝是一種將間隙原子(氮、碳等)滲入金屬材料表層，使金屬材料表面的化學成分和顯微結構發生改變的化學熱處理工藝。一般經過改性處理后的金屬材料表面，可以形成一層致密的化合物層，這種化合物層具有較高的硬度和耐磨性，可以大大提高金屬工件的使用壽命，因此得到了廣泛的應用。

不銹鋼是一種Cr含量為10.5％以上的FeCr合金，為了提高不銹鋼的表面性能，人們對不銹鋼表面改性技術進行了系列研究，產生了很多的改性方法，有效的提高了其耐磨性。其中低溫等離子體化學熱處理工藝可在提高不銹鋼表面強度和耐磨性的基礎上不降低其耐蝕性，成為國內外的研究熱點。低溫等離子體化學熱處理主要包括低溫滲氮，滲碳和氮碳共滲，在較低溫度下進行(低于氮化鉻和碳化鉻的形成溫度)，形成的過飽和“膨脹”相具有較高的硬度，良好的耐腐蝕性能，因此可在提高不銹鋼表面耐磨性的同時保持甚至提高其耐蝕性能。

目前，人們在奧氏體不銹鋼表面很容易獲得單一的“膨脹”γ相(即γ_N/C，間隙原子在γ-Fe基體中的過飽和固溶體相)，但是目前為止，人們很難在馬氏體不銹鋼等具有體心立方結構的不銹鋼表面獲得均勻致密的“膨脹”α相層。馬氏體不銹鋼有磁性，其力學性能可以通過熱處理進行調整，較為良好。而且其具有中等程度的耐蝕性，同時還具有低于650℃的良好耐熱性。隨著裝備制造業的發展，對馬氏體不銹鋼等性能的要求越來越高，馬氏體不銹鋼的應用受到越來越多的限制。盡管目前已經有一些研究者將低溫滲氮/滲碳/氮碳共滲等應用于馬氏體不銹鋼的表面改性，以提高其表面硬度和耐磨性，并取得了良好的效果。但是由于表面滲層中生成相較多，降低了馬氏體不銹鋼的耐蝕性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠獲得具有較高的硬度和良好的耐磨性改性層，且不影響不銹鋼的耐蝕性的在不銹鋼表面獲得膨脹α相的方法。

本發明的目的是這樣實現的：

步驟一：將經過預處理的不銹鋼材料放入等離子體多元共滲爐中，抽真空至10Pa以下，通入0.1～0.5L/min氫氣，起輝升溫；

步驟二：待達到200～250℃后，通入含氮氣氛或含碳氣氛或含氮碳氣氛，調節含氮氣氛或含碳氣氛或含氮碳氣氛與氫氣的體積比為(0.5～3):(3～4)，使爐內壓力為200～1000Pa，當溫度為300～500℃時開始計時，期間保持抽氣狀態；

步驟三：保溫1～16h后，停止通入氫氣，待溫度低于200℃后，停止通氮氣氛或含碳氣氛或含氮碳氣氛，隨爐降溫至40℃以下，出爐。

本發明還可以包括：

1、所述的含氮氣氛為氮氣或氨氣；所述的含碳氣氛為甲烷或丙酮；所述的含氮碳氣氛為氮氣與甲烷的體積比為1:(0.25～1)混合氣體，或為氮氣與乙醇蒸汽的體積比為1:(0.25～1)混合氣體。

2、步驟一中，通入氫氣之前先通入氬氣，或者是通入氫氣同時通入氬氣。

3、步驟二中，當通入含氮氣氛或含氮碳氣氛時，當溫度為300～450℃時開始計時。

4、步驟二中，當通入含碳氣氛時，當溫度為300～500℃時開始計時。

5、所述預處理包括：(1)對不銹鋼材料進行均勻化熱處理；(2)進行物理清洗，去除工件表面油污和雜質包括：用240#～800#砂紙打磨表面氧化層；再用丙酮、酒精和去離子水對進行5min以上的超聲波清洗，去除工件表面油污和雜質，干燥。

本發明具有以下積極的效果：

通過該方法處理后的不銹鋼表面形成了主要含“膨脹”α相的層。該工藝方法具有工藝簡單，生產周期短，易于產業化生產、清潔無污染等特點，獲得的含“膨脹”α相的改性層具有較高的硬度和良好的耐磨性且不影響不銹鋼的耐蝕性。

不銹鋼類型為馬氏體不銹鋼、沉淀硬化不銹鋼、鐵素體不銹鋼、馬氏體-鐵素體或鐵素體-馬氏體雙相不銹鋼。處理前對不銹鋼進行均勻化熱處理，形成均勻化組織，其中馬氏體不銹鋼、沉淀硬化不銹鋼和馬氏體-鐵素體或鐵素體-馬氏體雙相不銹鋼等進行固溶處理，鐵素體不銹鋼進行退火處理。

附圖說明

圖1為2Cr13馬氏體不銹鋼460℃等離子體滲碳表層XRD圖譜。

圖2為1Cr17Ni2馬氏體不銹鋼460℃等離子體滲碳表層XRD圖譜。

圖3a-圖3b為1Cr17鐵素體不銹鋼440℃等離子體滲氮8h滲層，其中圖3a為XRD圖譜；圖3b為硬度分布曲線。