[發(fā)明專利]一種電磁控深鋼鐵表面化學(xué)處理裝置及其方法

在審

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• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN113151773A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周浩;徐濤;高波;肖禮容;陳雪飛;曹陽;李玉勝;聶金鳳
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: C23C8/22
• 分類號: C23C8/22
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 趙毅

本發(fā)明提供一種電磁控深異構(gòu)鋼鐵材料表面化學(xué)處理裝置及其方法，包括：加磁組件、加熱冷卻組件、爐體、夾持組件及滲碳組件，其處理過程包括：預(yù)處理、抽真空升溫、電磁控深滲碳，降溫冷卻等四步工序：預(yù)處理充分清理鋼鐵材料表面后，在真空環(huán)境下，對鋼材施加多級梯度磁場，實施電磁控深滲碳處理，最終獲得滲碳層多級分布的高強、高韌、高耐磨的異構(gòu)鋼鐵材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種電磁控深鋼鐵表面化學(xué)處理裝置及其方法，屬于異構(gòu)鋼鐵材料制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋼鐵材料作為最常見的結(jié)構(gòu)材料，廣泛應(yīng)用于建筑、交通運輸、石油化工等各領(lǐng)域，尤其是在一些高速運轉(zhuǎn)的機械設(shè)備上。隨著科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，機械設(shè)備運轉(zhuǎn)速度的顯著增加對零件的耐沖擊和耐磨損性能提出了更高的要求。鋼鐵材料合理的表面硬化處理可防止零件過早受損，顯著提高整體機件運行的穩(wěn)定性，從而保證設(shè)備的生產(chǎn)效率。

經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，X.L.Wu等人在《Proceedings of the NationalAcademy of Sciences of the United States of America》美國科學(xué)院院報，2014，111：7197-7201上發(fā)表的“Extraordinary strain hardening by gradient structure”(超高應(yīng)變硬化梯度結(jié)構(gòu)材料) 一文中，介紹了一種利用高速彈丸轟擊實現(xiàn)鋼鐵材料表面的強化方法，該方法可誘導(dǎo)鋼鐵材料表層晶粒納米化，顯著提高零件的力學(xué)性能和使用壽命。但是，該技術(shù)對表面施加的大塑性變形，加工后零件表面粗糙度難以保證，而進一步的精加工則會破壞表面納米化效果。并且，由于彈丸的粒徑限制，對于形狀復(fù)雜的零件，不可避免的存在加工死區(qū)，難以實現(xiàn)整體強化。此外，材料表面納米化的設(shè)備成本和加工成本都較高，生產(chǎn)應(yīng)用存在局限性。

進一步檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明專利CN109338276A介紹了一種鋼材零件的均勻滲碳處理工藝。其原理是，將清洗和烘干后的鋼件放入滲碳爐內(nèi)，并向滲碳爐內(nèi)噴入液態(tài)的甲醇對鋼件進行初次滲碳處理，再將初次滲碳處理后的鋼件放入工業(yè)滲碳爐中進行二次滲碳處理。該滲碳工藝的特點是：(1)經(jīng)過初次滲碳和二次滲碳處理，減少滲碳時出現(xiàn)的內(nèi)氧化；(2)配合滲碳爐和氣旋轉(zhuǎn)滲碳使用，提高了鋼件的韌性和可塑性，降低滲碳處理的成本。但是，均勻滲碳存在如下局限性：(1)滲碳層厚調(diào)控手段單一，對高碳層厚度控制精度較低，對于壁厚不均勻零件，難以實現(xiàn)硬化層多級調(diào)控；(2)滲碳處理后，零件表面含碳量顯著提高，焊接性能和耐腐蝕性能大幅下降。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的在于提供一種電磁控深鋼鐵表面化學(xué)處理裝置及其方法。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案包括：

一種電磁控深鋼鐵表面化學(xué)處理方法，包括：

預(yù)處理、抽真空升溫、電磁控深滲碳、降溫冷卻四步工序，具體包括以下步驟：

第一步，預(yù)處理：將需要進行滲碳的鋼材進行表面預(yù)處理，通過打磨、除油、酸洗等方式清理表面雜質(zhì)及氧化物；

第二步，抽真空升溫：將鋼材裝夾在真空試驗爐中的樣品夾上，用密封裝置密封真空試驗爐；打開真空泵抽真空，當爐內(nèi)氣壓在1000Pa以下時關(guān)閉真空泵，調(diào)節(jié)控溫儀器將加熱溫度控制在900-1300℃，保溫10-45min，確保鋼材受熱均勻；

第三步，電磁控深滲碳：打開電磁閥，將高純度的丙烷和乙炔作為滲碳劑滴注到真空試驗爐中，進行化學(xué)分解；活性原子吸附在鋼材表面，溶于奧氏體中并形成間隙固溶體；當碳濃度超過該溫度下奧氏體飽和濃度時可形成金屬化合物(碳化物)。對勵磁線圈進行通電，通過勵磁控制器控制磁場強度；移動伸縮裝置，對鋼材上需要施加多級梯度磁場作用的區(qū)域進行加磁。利用氧探頭監(jiān)控爐內(nèi)碳勢，當滲碳層深度達到額定值后，關(guān)閉電磁閥，停止供氣，在真空條件下擴散、形成多級滲碳層濃度梯度，擴散后調(diào)節(jié)控溫儀器將溫度降至800-900℃保溫30min；